干粉形式的细金属粒子和细金属氧化物粒子及它们的应用转让专利

申请号 : CN200480038194.9

文献号 : CN1898051B

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发明人 : 伊东大辅上田雅行畑宪明松叶赖重

申请人 : 播磨化成株式会社

摘要 :

干粉形式的细金属粒子或细金属氧化物粒子,其是通过包括以下步骤的方法制备的:用涂覆剂的分子覆盖金属粒子或金属氧化物粒子的表面,该涂覆剂在其末端含有含氧、氮或硫原子的官能团,利用在其表面具有氧化涂层的细金属粒子或细金属氧化物粒子在有机溶剂中的稳定分散液,去除分散溶剂,通过用对用于覆盖所述粒子表面的涂覆剂分子层无害的极性溶剂的洗涤来去除过量的涂覆剂的分子,并且最后蒸发用于洗涤的极性溶剂,接着干燥。上述的细金属粒子或细金属氧化物粒子在不使用分散溶剂的情况下长期没有凝聚,并且可以被用作具有良好分散液形式的特细粒子,并且该方法可以容易而简单地制备上述细金属粒子或细金属氧化物粒子。

权利要求 :

1.干粉形式的细金属粒子,其特征在于:

干粉形式的细金属粒子是覆盖有一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物的细金属粒子,所述基团能够通过这些原子的孤电子对形成配位键,作为能够与在所述细金属粒子本身中含有的金属元素形成配位键的基团,其中所述细金属粒子本身包含在干粉形式的细金属粒子中;

其中

在1至100nm的范围内选择细金属粒子本身的平均粒子大小;

所述的细金属粒子本身的表面覆盖有所述一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物,基于100质量份的细金属粒子本身,通过在5至35质量份的范围内选择所述的一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物的总量,调节所述的一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物的覆盖量;和所述覆盖量的调节是通过下面的处理进行的,所述的处理包括以下步骤:

预先使所述的一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物与具有在1至100nm的范围内选择的平均粒子大小的细金属粒子本身的表面接触,从而将所述一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物,基于100质量份细金属粒子本身,以大于所述一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物的总的目标覆盖量的量一次涂覆,以形成其覆盖层,其中所述含氮原子、氧原子或硫原子的基团通过配位键与在细金属粒子本身中含有的金属元素结合,然后,制备作为原料的分散液,其中将具有所述的一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物的覆盖层的细金属粒子分散在包含一种或多种有机溶剂的分散溶剂中,在减压下去除作为分散溶剂的在分散液中含有的有机溶剂,从而浓缩分散液,向进行过浓缩处理的分散液中加入一种或多种极性溶剂,在所述一种或多种极性溶剂中,所述的一种或多种化合物在室温下的溶解度高于在所述有机溶剂中的溶解度,从而将过量的一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物溶解于所述的一种或多种极性溶剂中,然后通过过滤从得到的分散液中分离作为固相组分的覆盖有一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物的细金属粒子,其中覆盖量的调节是通过去除过量的一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物而实现的,蒸发剩余的一种或多种极性溶剂至于燥。

2.根据权利要求1所述的干粉形式的细金属粒子,其特征在于:

细金属粒子本身是选自由金、银、铜、铂、钯、锡、镍、铝、锆、钛、铁和钨组成的组中的金属物种的细金属粒子,或包含选自所述金属物种组中的两种或更多种金属的细合金粒子。

3.干粉形式的细金属氧化物粒子,其特征在于:

干粉形式的细金属氧化物粒子是覆盖有一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物的细金属氧化物粒子,所述基团能够通过这些原子的孤电子对形成配位键,作为能够与在所述细金属氧化物粒子本身中含有的金属元素形成配位键的基团,其中所述细金属氧化物粒子本身包含在干粉形式的细金属氧化物粒子中;

其中

所述的细金属氧化物粒子本身是包含作为芯体的细金属芯粒子和在表面上的金属氧化物膜层的细粒子;

在1至100nm的范围内选择所述的细金属氧化物粒子本身的平均粒子大小;

所述的细金属氧化物粒子本身的表面覆盖有所述一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物,基于100质量份的细金属氧化物粒子本身,通过在5至35质量份的范围内选择所述的一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物的总量,调节所述的一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物的覆盖量;和所述金属氧化物膜层在表面上的形成以及所述覆盖量的调节是通过下面的处理进行的,所述的处理包括以下步骤:预先使所述的一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物与具有在1至100nm的范围内选择的平均粒子大小的细金属粒子的表面接触,其中所述1至100nm的范围是根据细金属氧化物粒子本身的目标平均粒子大小选择的,从而将所述一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物,基于100质量份具有在1至100nm的范围内选择的平均粒子大小的细金属粒子,以大于所述一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物的总的目标覆盖量的量一次涂覆,以形成其覆盖层,其中所述含氮原子、氧原子或硫原子的基团通过配位键与在具有在1至100nm的范围内选择的平均粒子大小的细金属粒子中含有的金属元素结合,并且制备作为原料的分散液,其中将具有所述的一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物的覆盖层的细金属粒子分散在包含一种或多种有机溶剂的分散溶剂中,其中,将这样的分散液用作原料,在所述的分散液中,分散其中形成有覆盖层的细金属氧化物粒子,细金属氧化物粒子本身的表面上的所述金属氧化物膜层是在分散液的制备时或稍后在所制备的分散液中通过细金属粒子的表面氧化而形成的,在减压下去除作为分散溶剂的在分散液中含有的有机溶剂,从而浓缩分散液,向进行过浓缩处理的分散液中加入一种或多种极性溶剂,在所述一种或多种极性溶剂中,所述的一种或多种化合物在室温下的溶解度高于在所述有机溶剂中的溶解度,从而将过量的一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物溶解于所述的一种或多种极性溶剂中,然后通过过滤从得到的分散液中分离作为固相组分的覆盖有一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物的细金属氧化物粒子,其中覆盖量的调节是通过去除过量的一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物而实现的,蒸发剩余的一种或多种极性溶剂至干燥。

4.根据权利要求3的干粉形式的细金属氧化物粒子,其特征在于:

细金属粒子是选自由金、银、铜、铂、钯、锡、镍、铝、锆、钛、铁和钨组成的组中的金属物种的细金属粒子,或包含选自所述金属物种组中的两种或更多种金属的细合金粒子,其中所述细金属粒子在以下步骤中使用:预先将所述一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物与具有在1至100nm的范围内选择的平均粒子大小的细金属粒子的表面接触。

5.一种在衬底上形成包含细金属粒子烧结制品层的导电布线图的方法,其特征在于:

所述的烧结制品层是通过使细金属粒子相互接触并且通过在不高于350℃的温度加热而烧结所述的粒子得到的层,其中所述细金属粒子具有在1至100nm范围内选择的平均粒子大小,并且该方法包括以下步骤:

通过使用固体粘合剂树脂将权利要求1或2中所述的干粉形式的细金属粒子干式涂覆至所述的衬底上而形成具有所述的布线图的细金属粒子涂层,和在所述的加热处理中,将在所述细金属粒子涂层中含有的固体粘合剂树脂软化,同时进行在所述细金属粒子涂层中含有的细金属粒子的烧结处理,其中,通过在烧结处理中的加热,使覆盖细金属粒子本身表面的含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物与细金属粒子本身的表面分离,并且溶解在软化的粘合剂树脂中,从而实现细金属粒子的表面接触,以将细金属粒子相互烧结。

6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于:

通过使用固体粘合剂树脂将所述的干粉形式的细金属粒子干式涂覆至所述的衬底上而形成具有所述的布线图的细金属粒子涂层的步骤是通过下面的方法进行的:由电子照相图像印刷方法涂布调色剂粒子,所述的调色剂粒子是通过使用所述干粉形式的细金属粒子作为芯体粒子并将所述的固体粘合剂树脂作为调色剂用的树脂层而制备的,以在衬底上形成具有布线图的调色剂层。

7.一种在衬底上形成包含细金属粒子的烧结制品层的导电布线图的方法,其特征在于:

所述的烧结制品层是通过使细金属粒子在还原性气氛下相互接触并且通过在不高于

350℃的温度加热将所述的粒子烧结而得到的层,其中所述的细金属粒子具有在1至100nm范围内选择的平均粒子大小,并且所述的细金属粒子通过细金属氧化物粒子的还原制备,并且该方法包含以下步骤:

通过使用固体粘合剂树脂将根据权利要求3或4的干粉形式的细金属氧化物粒子干式涂覆至衬底上,形成具有布线图的细金属氧化物粒子涂层,使在细金属氧化物粒子涂层中包含的细金属氧化物粒子与具有还原能力的化合物气体或蒸气在加热温度、在还原性气氛下反应,从而从它们的表面将细金属氧化物粒子还原为相应的细金属粒子,和在所述用于加热的处理中,使在细金属氧化物粒子涂层中含有的固体粘合剂树脂软化,同时进行在还原处理中还原的细金属粒子的烧结处理,其中,通过在烧结处理中的加热,覆盖细金属氧化物粒子本身表面的含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物与细金属氧化物粒子本身表面分离,并且溶解在软化的粘合剂树脂中,从而实现细金属粒子的表面接触,以将细金属粒子相互烧结。

8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于:

通过使用固体粘合剂树脂将干粉形式的细金属氧化物粒子干式涂覆至衬底上,形成具有布线图的细金属氧化物粒子涂层的步骤是通过下面的方法进行的:由电子照相图像印刷方法涂布调色剂粒子,所述的调色剂粒子是通过使用所述干粉形式的细金属氧化物粒子作为芯体粒子并将所述的固体粘合剂树脂作为调色剂用的树脂层制备的,以在衬底上形成具有布线图的调色剂层。

9.一种制备干粉形式的细金属粒子的方法,其特征在于:

干粉形式的细金属粒子是覆盖有一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物的细金属粒子,所述基团能够通过这些原子的孤电子对形成配位键,作为能够与在所述细金属粒子本身中含有的金属元素形成配位键的基团,其中所述细金属粒子本身包含在干粉形式的细金属粒子中;

其中

在1至100nm的范围内选择细金属粒子本身的平均粒子大小;

所述的细金属粒子本身的表面覆盖有所述一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物,基于100质量份的细金属粒子本身,通过在5至35质量份的范围内选择所述的一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物的总量,调节所述的一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物的覆盖量;并且至于所述调节覆盖量的步骤,该方法包括以下步骤:

预先使所述的一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物与具有在1至100nm的范围内选择的平均粒子大小的细金属粒子本身的表面接触,从而将所述一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物,基于100质量份细金属粒子本身,以大于所述一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物的总的目标覆盖量的量一次涂覆,以形成其覆盖层,其中所述含氮原子、氧原子或硫原子的基团通过配位键与在细金属粒子本身中含有的金属元素结合,并且制备作为原料的分散液,其中将具有所述的一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物的覆盖层的细金属粒子分散在包含一种或多种有机溶剂的分散溶剂中,在减压下去除作为分散溶剂的在分散液中含有的有机溶剂,从而浓缩分散液,向进行过浓缩处理的分散液中加入一种或多种极性溶剂,在所述一种或多种极性溶剂中,所述的一种或多种化合物在室温下的溶解度高于在所述有机溶剂中的溶解度,从而将过量的一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物溶解于所述的一种或多种极性溶剂中,然后通过过滤从得到的分散液中分离作为固相组分的覆盖有一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物的细金属粒子,其中覆盖量的调节是通过去除过量的一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物而实现的,进行蒸发剩余的一种或多种极性溶剂至干燥的处理。

10.根据权利要求9所述的方法,其特征在于:

所述细金属粒子本身是选自由金、银、铜、铂、钯、锡、镍、铝、锆、钛、铁和钨组成的组中的金属物种的细金属粒子,或包含选自所述金属物种组中的两种或更多种金属的细合金粒子。

11.一种制备干粉形式的细金属氧化物粒子的方法,其特征在于:

干粉形式的细金属氧化物粒子是覆盖有一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物的细金属氧化物粒子,所述基团能够通过这些原子的孤电子对形成配位键,作为能够与在所述细金属氧化物粒子本身中含有的金属元素形成配位键的基团,其中所述细金属氧化物粒子本身包含在干粉形式的细金属氧化物粒子中;

其中

所述的细金属氧化物粒子本身是包含作为芯体的细金属芯粒子和在表面上的金属氧化物膜层的细粒子;

在1至100nm的范围内选择所述的细金属氧化物粒子本身的平均粒子大小;

所述的细金属氧化物粒子本身的表面覆盖有所述一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物,并且基于100质量份的细金属氧化物粒子本身,通过在5至35质量份的范围内选择所述的一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物的总量,调节所述的一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物的覆盖量;和至于在表面上形成所述金属氧化物膜层以及调节所述覆盖量的步骤,所述的方法包括以下步骤:预先使所述的一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物与具有在1至100nm的范围内选择的平均粒子大小的细金属粒子的表面接触,其中所述1至100nm的范围是根据细金属氧化物粒子本身的目标平均粒子大小选择的,从而将所述一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物,基于100质量份具有在1至100nm的范围内选择的平均粒子大小的细金属粒子,以大于所述一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物的总的目标覆盖量的量一次涂覆,以形成其覆盖层,其中所述含氮原子、氧原子或硫原子的基团通过配位键与在具有在1至100nm的范围内选择的平均粒子大小的细金属粒子中含有的金属元素结合,并且制备作为原料的分散液,其中将具有所述的一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物的覆盖层的细金属粒子分散在包含一种或多种有机溶剂的分散溶剂中,其中,将这样的分散液用作原料,在所述的分散液中,分散其上形成有覆盖层的所述细金属氧化物粒子,所述细金属氧化物粒子本身的表面上的所述金属氧化物膜层是在分散液的制备时或稍后在所制备的分散液中通过具有在1至100nm的范围内选择的平均粒子大小的细金属粒子的表面氧化而形成的,在减压下去除作为分散溶剂的在分散液中含有的有机溶剂,从而浓缩分散液,向进行过浓缩处理的分散液中加入一种或多种极性溶剂,在所述的一种或多种极性溶剂中,所述的一种或多种化合物在室温下的溶解度高于在所述有机溶剂中的溶解度,从而将过量的一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物溶解于所述的一种或多种极性溶剂中,然后通过过滤从得到的分散液中分离作为固相组分的覆盖有一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物的细金属氧化物粒子,其中覆盖量的调节是通过去除过量的一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物而实现的,并且进行蒸发剩余的一种或多种极性溶剂至干燥的处理。

12.根据权利要求11所述的方法,其特征在于:

细金属粒子是选自由金、银、铜、铂、钯、锡、镍、铝、锆、钛、铁和钨组成的组中的金属物种的细金属粒子,或包含选自所述金属物种组中的两种或更多种金属的细合金粒子,其中所述细金属粒子在以下步骤中使用:预先将所述一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物与具有在1至100nm的范围内选择的平均粒子大小的细金属粒子的表面接触。

13.一种在衬底上形成包含细金属粒子的烧结制品层的导电布线图的方法,其特征在于:

所述的烧结制品层是通过使细金属粒子相互接触并且通过在不高于350℃的温度加热而将所述的粒子烧结而得到的层,其中所述的细金属粒子具有在1至100nm范围内选择的平均粒子大小,并且该方法包含以下步骤:

通过将根据权利要求1或2所述的干粉形式的细金属粒子干式涂覆至所述的衬底上而形成具有所述的布线图的细金属粒子涂层,和在所述的加热处理中,将在所述细金属粒子涂层中含有的并且构成在细金属粒子表面上的覆盖层的所述的一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物熔化,同时进行在所述细金属粒子涂层中含有的细金属粒子的烧结处理,其中,通过在烧结处理中的加热,使覆盖细金属粒子本身表面的含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物与细金属粒子本身的表面分离,并且在相互熔合下熔化,从而实现细金属粒子的表面接触,以将细金属粒子相互烧结。

14.一种在衬底上形成包含细金属粒子的烧结制品层的导电布线图的方法,其特征在于:

所述的烧结制品层是通过使细金属粒子在还原性气氛下相互接触并且通过在不高于350℃的温度加热而将所述的粒子烧结而得到的层,其中所述的细金属粒子具有在1至

100nm范围内选择的平均粒子大小,并且所述的细金属粒子通过细金属氧化物粒子的还原制备,并且该方法包含以下步骤:

通过将根据权利要求3或4的干粉形式的细金属氧化物粒子干式涂覆至衬底上,形成具有布线图的细金属氧化物粒子涂层,使在细金属氧化物粒子涂层中包含的细金属氧化物粒子与具有还原能力的化合物气体或蒸气在加热温度、在还原性气氛下反应,从而从它们的表面将细金属氧化物粒子还原为相应的细金属粒子,和在所述用于加热的处理中,使在细金属氧化物粒子涂层中含有的并且构成细金属氧化物粒子本身表面上的覆盖层的所述的一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物熔化,同时进行在还原处理中还原的细金属粒子的烧结处理,其中,通过在烧结处理中的加热,覆盖细金属氧化物粒子本身表面的含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物与细金属氧化物粒子本身表面分离,并且在相互熔合下熔化,从而实现细金属粒子的表面接触,以将细金属粒子相互烧结。

15.干粉形式的细金属粒子,其特征在于:

干粉形式的细金属粒子是覆盖有一种或多种羧酸的细金属粒子,所述羧酸能够与在所述细金属粒子本身中含有的金属形成金属盐,其中所述细金属粒子本身包含在干粉形式的细金属粒子中;

其中

在1至100nm的范围内选择细金属粒子本身的平均粒子大小;

所述的细金属粒子本身的表面覆盖有所述一种或多种羧酸,

基于100质量份的细金属粒子本身,通过在5至35质量份的范围内选择所述的一种或多种羧酸的总量,调节所述一种或多种羧酸的覆盖量;和所述覆盖量的调节是通过下面的处理进行的,所述的处理包含以下步骤:

预先使所述一种或多种羧酸与所述细金属粒子本身接触,从而基于100质量份细金属粒子本身,以大于构成覆盖层的所述一种或多种羧酸的总的目标覆盖量的量,将所述一种或多种羧酸一次涂覆,以形成其覆盖层,其中所述羧酸是通过库仑相互作用固定到在细金属粒子本身中含有的表面上的金属原子的羧酸形式的或以由金属阳离子物种和羧酸阴离子物种组成的羧酸盐形式,并且制备作为原料的分散液,所述的分散液含有分散在包含一种或多种有机溶剂的分散溶剂中的细金属粒子,所述的细金属粒子具有羧酸覆盖层,在减压下去除作为分散溶剂在分散液中含有的有机溶剂,从而浓缩分散液,向进行过浓缩处理的分散液中加入一种或多种极性溶剂,在所述一种或多种极性溶剂中,所述的一种或多种构成覆盖层的羧酸在室温下的溶解度高于在所述有机溶剂中的溶解度,从而将过量的一种或多种羧酸溶解于所述的一种或多种极性溶剂中,然后通过过滤从得到的分散液中分离作为固相组分的覆盖有一种或多种羧酸的细金属粒子,其中覆盖量的调节是通过去除过量的一种或多种羧酸而实现的,蒸发剩余的一种或多种极性溶剂至干燥。

16.干粉形式的细金属氧化物粒子,其特征在于:

干粉形式的细金属氧化物粒子是覆盖有一种或多种羧酸的细金属氧化物粒子,所述羧酸能够与在所述细金属氧化物粒子本身中含有的金属形成金属盐,其中所述细金属氧化物粒子本身包含在干粉形式的细金属氧化物粒子中;

其中

所述的细金属氧化物粒子本身是包含作为芯体的细金属芯粒子和在表面上的金属氧化物膜层的细粒子;

在1至100nm的范围内选择所述细金属氧化物粒子本身的平均粒子大小;

所述细金属氧化物粒子本身的表面覆盖有所述一种或多种羧酸,

基于100质量份的细金属氧化物粒子本身,通过在5至35质量份的范围内选择所述的一种或多种羧酸的总量来调节所述一种或多种羧酸的覆盖量;和所述在表面上的金属氧化物膜层的形成和所述覆盖量的调节是通过下面的处理进行的,所述的处理包括以下步骤:预先使所述一种或多种羧酸与具有在1至100nm的范围内选择的平均粒子大小的细金属粒子本身的表面接触,其中所述1至100nm的范围是根据细金属氧化物粒子本身的目标平均粒子大小选择的,从而基于100质量份具有在1至100nm的范围内选择的平均粒子大小的细金属粒子本身,以大于构成覆盖层的所述一种或多种羧酸的总的目标覆盖量的量,将所述一种或多种羧酸一次涂覆,以形成其覆盖层,其中所述羧酸是通过库仑相互作用固定到在具有在1至100nm的范围内选择的平均粒子大小的细金属粒子本身中含有的表面上的金属原子的羧酸形式或以由金属阳离子物种和羧酸阴离子物种组成的羧酸盐的形式,并且制备作为原料的分散液,所述的分散液含有分散在包含一种或多种有机溶剂的分散溶剂中的细金属粒子,所述的细金属粒子具有羧酸覆盖层,其中,制备包含具有覆盖层的细金属氧化物粒子的分散液作为原料,其中在原料制备时或稍后在所制备的分散液中通过具有在1至100nm的范围内选择的平均粒子大小的细金属粒子本身的表面氧化,在细金属氧化物粒子本身包含的表面上形成金属氧化物膜层,在减压下去除作为分散溶剂在分散液中含有的有机溶剂,从而浓缩分散液,向进行过浓缩处理的分散液中加入一种或多种极性溶剂,在所述一种或多种极性溶剂中,所述的一种或多种构成覆盖层的羧酸在室温下的溶解度高于在所述有机溶剂中的溶解度,从而将过量的一种或多种羧酸溶解于所述的一种或多种极性溶剂中,然后通过过滤从得到的分散液中分离作为固相组分的覆盖有一种或多种羧酸的细金属氧化物粒子,其中覆盖量的调节是通过去除过量的一种或多种羧酸而实现的,并且蒸发剩余的一种或多种极性溶剂至干燥。

17.一种细金属粒子分散液,其包含均匀分散在分散溶剂中的细金属粒子,其特征在于:

通过将权利要求1或2所述的干粉形式的细金属粒子分散在分散溶剂中,将所述的细金属粒子均匀地分散在分散溶剂中,构成细金属粒子分散液的分散溶剂是沸点大于等于100℃但小于等于300℃的高沸点溶剂,并且基于100质量份的细金属粒子,通过在3至25质量份的范围内选择在细金属粒子分散液中的分散溶剂的含量,细金属粒子分散液具有在25℃下50至200Pa·s的范围内调节的粘度。

18.根据权利要求17所述的细金属粒子分散液,其特征在于:基于100质量份的细金属粒子,在5至20质量份的范围内选择在细金属粒子分散液中的分散溶剂的含量。

19.一种细金属粒子分散液,其包含均匀分散在分散溶剂中的细金属粒子,其特征在于:

通过将权利要求1或2所述的干粉形式的细金属粒子分散在分散溶剂中,将所述的细金属粒子均匀地分散在分散溶剂中,构成细金属粒子分散液的分散溶剂是沸点大于等于100℃但小于等于300℃的高沸点溶剂,并且基于100质量份的细金属粒子,通过在30至80质量份的范围内选择在细金属粒子分散液中的分散溶剂的含量,在25℃下5至30mPa·s的范围内调节细金属粒子分散液的粘度。

20.根据权利要求19所述的细金属粒子分散液,其特征在于:基于100质量份的细金属粒子,在40至80质量份的范围内选择在细金属粒子分散液中的分散溶剂的含量。

21.一种细金属氧化物粒子分散液,其包含均匀分散在分散溶剂中的细金属氧化物粒子,其特征在于:通过将根据权利要求3或4所述的干粉形式的细金属氧化物粒子分散在分散溶剂中,将所述的细金属氧化物粒子均匀地分散在分散溶剂中,构成细金属氧化物粒子分散液的分散溶剂是沸点大于等于100℃但小于等于300℃的高沸点溶剂,并且基于100质量份的细金属氧化物粒子,通过在3至25质量份的范围内选择在细金属氧化物粒子分散液中的分散溶剂的含量,细金属氧化物粒子分散液具有在25℃下50至

200Pa·s的范围内调节的粘度。

22.根据权利要求21所述的细金属氧化物粒子分散液,其特征在于:基于100质量份的细金属氧化物粒子,在3至15质量份的范围内选择在细金属氧化物粒子分散液中的分散溶剂的含量。

23.一种细金属氧化物粒子分散液,其包含均匀分散在分散溶剂中的细金属氧化物粒子,其特征在于:通过将根据权利要求3或4所述的干粉形式的细金属氧化物粒子分散在分散溶剂中,将所述的细金属氧化物粒子均匀地分散在分散溶剂中,构成细金属氧化物粒子分散液的分散溶剂是沸点大于等于100℃但小于等于300℃的高沸点溶剂,并且基于100质量份的细金属氧化物粒子,通过在30至70质量份的范围内选择在细金属氧化物粒子分散液中的分散溶剂的含量,在25℃下5至30mPa·s的范围内调节细金属氧化物粒子分散液的粘度。

24.根据权利要求23所述的细金属氧化物粒子分散液,其特征在于:基于100质量份的细金属氧化物粒子,在40至65质量份的范围内选择在细金属氧化物粒子分散液中的分散溶剂的含量。

25.一种在衬底上形成包含细金属粒子的烧结制品层的导电布线图的方法,其特征在于:

所述的烧结制品层是通过使细金属粒子相互接触并且通过在不高于350℃的温度加热而将所述的粒子烧结而得到的层,其中所述细金属粒子具有在1至100nm范围内选择的平均粒子大小,并且该方法包含以下步骤:

通过向衬底上涂覆根据权利要求17至20任何一项所述的使用高沸点溶剂作为分散溶剂的细金属粒子分散液,形成具有布线图的细金属粒子分散液涂层,和在所述用于加热的处理中,蒸发和除去在细金属粒子分散液涂层中含有的高沸点溶剂,同时进行在细金属粒子分散液涂层中含有的细金属粒子的烧结处理,其中,通过在烧结处理中的加热,覆盖细金属粒子本身表面的含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物与细金属粒子本身表面分离,从而实现细金属粒子的表面接触,以将细金属粒子相互烧结。

26.根据权利要求25所述的形成导电布线图的方法,其特征在于:

细金属粒子分散液中含有的细金属粒子本身是选自由金、银、铜、铂、钯和镍组成的组中的金属物种的细金属粒子,或包含选自所述金属物种组中的两种或更多种金属的细合金粒子。

27.一种在衬底上形成包含细金属粒子的烧结制品层的导电布线图的方法,其特征在于:

所述的烧结制品层是通过使细金属粒子相互接触并且通过在不高于350℃的温度加热而将所述的粒子烧结而得到的层,其中所述细金属粒子具有在1至100nm范围内选择的平均粒子大小,并且所述细金属粒子是通过还原处理从细金属氧化物粒子制备的,并且该方法包含以下步骤:通过向衬底上涂覆根据权利要求21至24任何一项所述的使用高沸点溶剂作为分散溶剂的细金属氧化物粒子分散液,形成具有布线图的细金属氧化物粒子分散液涂层,和使在细金属氧化物粒子涂层中包含的细金属氧化物粒子与具有还原能力的化合物气体或蒸气在加热温度、在还原性气氛下反应,从而从它们的表面将细金属氧化物粒子还原为相应的细金属粒子,在所述用于加热的处理中,蒸发在细金属氧化物粒子分散液涂层中含有的高沸点溶剂,同时进行在还原处理中还原的细金属粒子的烧结处理,其中,通过在烧结处理中的加热,覆盖细金属氧化物粒子本身表面的含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物与细金属氧化物粒子本身表面分离,并且与高沸点溶剂一起蒸发,从而实现细金属粒子的表面接触,以将细金属粒子相互烧结。

28.根据权利要求27所述的形成导电布线图的方法,其特征在于:

细金属氧化物粒子分散液中含有的对应于细金属氧化物粒子的细金属粒子本身是选自由银、铜和镍组成的组中的金属物种的细金属粒子,或包含选自所述金属物种组中的两种或更多种金属的细合金粒子。

说明书 :

干粉形式的细金属粒子和细金属氧化物粒子及它们的应用

技术领域

[0001] 本发明涉及干粉形式的细金属粒子和细金属氧化物粒子,它们的制备方法以及使用含有粉状细金属粒子或粉状细金属氧化物粒子的干印刷涂层,通过在低温下烧结通过干式还原粉状细金属氧化物粒子而得到的粉状细金属粒子,或低温下烧结原样的粉状细金属粒子,而形成低温烧结导体层的方法。更具体而言,本发明涉及通过使用干式印刷,特别是电子照相印刷,使用通过干式还原粉状细金属氧化物粒子而得到的粉状细金属粒子,或使用原样的粉状细金属粒子,形成具有适宜的图案并且含有粉状细金属粒子或粉状细金属氧化物粒子的干印刷涂层,来形成低温烧结导体层的方法。本发明还涉及作为以下物质的用途发明,干粉形式的细金属粒子和细金属氧化物粒子,含有上述分散在分散溶剂的粉状细金属粒子的细金属粒子分散液,含有上述分散在分散溶剂的粉状细金属氧化物粒子的细金属氧化物粒子分散液,还涉及使用所述的细金属粒子分散液或细金属氧化物粒子分散液涂层,通过在低温下烧结通过还原粉状细金属氧化物粒子而得到的细金属粒子,或在低温下烧结原样的粉状细金属粒子,而形成低温烧结导体层的方法。

背景技术

[0002] 作为制备具有非常小粒子大小的细金属粒子,例如平均粒子大小为100nm或更小的细金属粒子的方法之一,日本专利申请公开No.3-34211公开了一种分散液及其制备方法,在所述的分散液中,将通过气相蒸发法而制备的10nm或更小的细金属粒子以胶体状态分散在分散溶剂中。日本专利申请公开No.11-319538和其它文献公开了一种分散液及其制备方法,在所述的分散液中,将通过使用还原/沉积方法的湿式工艺而制备的平均粒子大小为数nm至数十nm的细金属粒子以胶体状态分散,所述的还原/沉积方法使用胺化合物用于还原。公开于日本专利申请公开No.11-319538和其它文献中的通过湿式工艺而制备的平均粒子大小为数nm至数十nm的细金属粒子(金属纳米粒子)的表面覆盖有聚合物树脂等,以保持胶体状态。
[0003] 通常已知的是,平均粒子大小为数nm至数十nm的细金属粒子是在适宜地低于熔点(例如,在具有清洁表面的细银粒子(纳米粒子)的情况下,甚至在200℃或更低)的温度烧结的。这是因为,在细金属粒子(纳米粒子)的粒子大小足够小时,在全部粒子中,在粒子表面上存在的处于高能态的原子的比例在整个粒子中增加,并且金属原子的表面扩散增加至不能被忽略的水平,结果,晶粒间界由于此表面扩散而生长,从而引起烧结。
[0004] 在使平均粒子大小为数nm至数十nm的细金属粒子的表面直接接触时,细金属粒子相互融合,形成聚集体,这恶化了在分散溶剂中的均匀分散性。由于此原因,将细金属粒子的表面均匀地覆盖烷基胺等,使得粒子具有覆盖分子层的表面,从而细金属粒子显示出高的分散性。
[0005] 另一方面,在近来的电子相关领域中,正在进行对将使用的布线板上的布线图的微型化。此外,考虑到用于形成各种电极图案的金属薄膜层,已经开发出具有特别薄的膜厚度的金属薄膜层的应用。例如,通过由丝网印刷形成细布线或薄膜,将具有特别小的粒子大小的细金属粒子的分散液用于绘制超精细图案,或用于形成具有特别薄的膜厚度的薄膜涂层。目前,可以用于上述目的的金和银的细粒子分散液已经出现在市场上。
[0006] 更具体而言,至于使用细金属粒子分散液来形成超细布线图的方法,已经建立了例如用于使用细金粒子或细银粒子的方法论。如,通过使用含有细金粒子或细银粒子的用于超细印刷的分散液绘制特别细的电路图案,并且通过随后细金属粒子的烧结,可以在得-5到的烧结制品布线层上形成线宽和行间距为5至50μm并且体积电阻率为1×10 Ω·cm或更低的布线。
[0007] 此外,由于线宽和行间距降低,由于电移引起的断路已经成为另一个问题。具体而言,在具有级差的台阶中形成的具有小的布线膜厚度和窄的线宽度的部件中,在台阶边的布线膜厚度倾向于比其它部分中的薄,因此,局部地提高了电流密度,并且增大了由于电移而发生断路的频率。为了避免由于该电移现象而引起的断路,使用铜布线是有效的。例如,随着集成度变得更高,正在深入研究将用于布线图的铜材料用在半导体器件上。

发明内容

[0008] 常规地,对于使用通过焙烧细金属粒子而得到的导体层而形成精细图案布线层或形成具有特别薄的膜厚度的导体薄膜层,已经使用这样一种技术,该技术使用均匀地分散在分散溶剂中的细金属粒子的分散液或膏来绘制想要的精细图案或薄膜形状的涂膜层。将使用细金属粒子的分散液或膏绘制的涂膜层干燥,以蒸发分散溶剂,并且在使细金属粒子由于溶剂的蒸发而相互紧密接触之后,进行加热处理,以焙烧细金属粒子,从而制备出极其紧密填充的烧结制品导体层。
[0009] 此外,提出了这样一种技术,其中使用细金属氧化物粒子的分散液或膏来绘制想要的精细图案或薄膜形状的涂膜层,在所述的细金属氧化物粒子分散液或膏中,将在细金属粒子表面上具有氧化物膜层的细金属氧化物粒子代替细金属粒子均匀地分散在分散溶剂中;使在绘制的涂膜层中含有的细金属氧化物粒子与还原剂反应进行还原处理,使得它们被还原成细金属粒子;并且在使细金属粒子相互紧密接触之后,进行加热处理,以焙烧细金属粒子,从而制备出极其紧密填充的烧结制品导体层。
[0010] 尽管这些使用细金属粒子的分散液或膏或细金属氧化物粒子的分散液或膏的湿式绘制方法是有效的,但是,需要将所述的分散液或膏用于其它的绘制方法,以更广泛地利用通过焙烧细金属粒子而得到的导体层,或通过进行还原处理而得到的导体层,所述的还原处理是通过使细金属氧化物粒子与还原剂反应,将它们一次还原成细金属粒子,并且焙烧细金属粒子而进行的。更具体而言,为了重复地形成许多相同的绘制图案,适宜的是对于电子照相绘制方法的应用,所述的电子照相绘制方法是具有高重复绘制性的干式印刷方法。
[0011] 本发明意欲解决上述问题,并且本发明的一个目的在于提供一种制备极其紧密填充的烧结制品导体层的方法,该方法包括在用于印刷布线板的衬底表面上,利用电子照相绘制方法(一种干式印刷方法)以调色剂粒子的形式形成细粒子涂层的所需图案,所述的调色剂粒子含有粉状细金属粒子或粉状细金属氧化物粒子,并且使用通过还原在干涂层含有的细金属氧化物粒子而得到的细金属粒子,或使用在调色剂细粒中含有的细金属粒子,进行加热处理,从而使细金属粒子相互焙烧。本发明的另一个目的在于:在使用电子照相绘制方法(一种干式印刷方法)以含有粉状细金属粒子或粉状细金属氧化物粒子的调色剂粒子形式形成细粒子的涂层时,提供干粉形式的细金属粒子或细金属氧化物粒子及它们的制备方法,所述的细金属粒子或细金属氧化物粒子适宜于制备含有粉状细金属粒子或细金属氧化物粒子的调色剂粒子形式的细粒。
[0012] 直到现在,已经开发出大量含有纳米级细金属粒子的分散液,并且存在几种在分散溶剂中长期保持良好分散状态的技术。但是,尽管试图通过去除和蒸发分散溶剂而从这种分散液中回收和分离干粉形式的细金属粒子,但是用于保持和改善在分散液中的分散性的分散剂不必要地被留下,并且容易凝结形成块体。在其它的情况下,尽管细金属粒子以干粉形式一次回收,但是相邻纳米级细金属粒子的金属表面直接接触并且容易融合,因此,长期贮存的稳定性尚须改善。
[0013] 另一方面,只由金属氧化物组成的细粒子在室温左右不引起相互凝结。因此,可以相对容易地制备干粉形式的细金属氧化物粒子。例如,当还原干粉形式的纳米级细金属氧化物粒子(纳米粒子)来制备细金属粒子时,通过在相对低的温度下焙烧,可以制备烧结制品导体层,但是,为了通过例如在氢气气氛中加热,将细金属氧化物粒子还原成为细金属粒子,需要在约800℃加热。
[0014] 本发明的发明人从各个方面研究了上述问题,并且开发了他们的改进。作为将通过气相蒸发法制备的平均粒子大小为1至100nm的细金属粒子均匀地分散在分散溶剂中的措施,将含有含氮原子、氧原子或硫原子并且能够通过那些原子的孤电子对形成配位键的基团作为能够与金属元素形成配位键的基团的化合物,用作覆盖层。在这点上,已经发现覆盖层即使没有分散溶剂也可以保持稳定,并且可以有效地防止由金属表面直接接触而引起的相邻纳米级细金属粒子的融合;并且另一方面,在含有大量过量覆盖剂的分散液的情况下,过量的覆盖剂防止单个细粒在分散溶剂的蒸发时的分离,从而由于凝结而引起块体的形成。作为进一步研究的结果,已经发现,当含有含氮原子、氧原子或硫原子并且能够通过那些原子的孤电子对形成配位键的基团作为能够与金属元素形成配位键的基团的化合物不在金属表面上形成配位键时,通过溶解在极性溶剂中,如在烷基胺情况下,可以选择性地只去除多余的覆盖剂。本发明的发明人已经证实,当通过使用极性溶剂的洗涤只选择性地除去多余的覆盖剂,然后过滤具有适宜量的覆盖剂层的细金属粒子并且蒸发掉剩余的极性溶剂时,可以以干粉形式回收具有适宜量的覆盖剂层的细金属粒子。
[0015] 还发现,在分散液中,具有覆盖剂层的细金属粒子可以在金属表面上具有氧化膜,而覆盖剂层可以保持固定于得到的在表面上具有金属氧化物膜的细金属粒子,此外,可以防止金属氧化物膜的膜厚度的急剧提高。简言之,发现在细金属粒子表面上形成具有相对薄的膜厚度的金属氧化物膜,因此,制备出具有上述固定到表面上的覆盖剂层的细金属氧化物粒子。本发明的发明人证实,同样在上述具有覆盖剂层的细金属氧化物粒子的情况下,通过由使用极性溶剂的洗涤,选择性地只除去多余的覆盖剂,然后过滤具有适宜量的覆盖剂层的细金属氧化物粒子,并且蒸发掉剩余的极性溶剂,可以以干粉形式回收具有适宜量的覆盖剂层的细金属氧化物粒子。
[0016] 还证实,当将所得到的具有适宜量的覆盖剂层的细金属粒子的干粉在低温下,优选惰性气体气氛,例如含有还原性气体或蒸气的还原性气氛中加热,由此将在表面上的覆盖剂层分离,并且使金属表面相互接触时,通过低温焙烧,可以制备烧结制品导体层;并且[0017] 通过使具有适宜量的覆盖剂层的细金属氧化物粒子的干粉经历使用还原性气体或蒸气的还原过程,可以将在表面的金属氧化物膜还原,并且通过低温焙烧,可以将得到的细金属粒子形成为烧结制品导体层。本发明的发明人还发现,在使用平均粒子大小为1至100nm的细粒子的情况下,这些低温加热方法中的任一种可以在350℃或更低的低温条件下进行,并且使用例如调色剂用的固体粘合剂树脂,由干式印刷方法,可以将具有适宜量的覆盖剂层的细金属粒子的干粉形成为衬底上的紧密填充的涂层,并且当以这种状态进行上述低温加热处理时,可以使用干式印刷方法形成细金属粒子的烧结制品导体层。基于这些发现的集合,完成了本发明。
[0018] 因而,根据本发明第一实施方案的细金属粒子是:
[0019] 干粉形式的细金属粒子,其特征在于:
[0020] 在1至100nm的范围内选择细金属粒子本身的平均粒子大小;
[0021] 所述的细金属粒子本身的表面覆盖有一种或多种化合物,所述化合物含有含氮原子、氧原子或硫原子并且能够通过这些原子的孤电子对形成配位键的基团作为能够与在所述细金属粒子中含有的金属元素形成配位键的基团,
[0022] 基于100质量份的细金属粒子,通过在5至35质量份的范围内选择所述的一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物的总量,调节所述的一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物的覆盖量;和
[0023] 所述覆盖量的调节是通过下面的处理进行的,所述的处理包含以下步骤:
[0024] 预先使所述的一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物与具有在1至100nm的范围内选择的平均粒子大小的细金属粒子的表面接触,从而基于100质量份细金属粒子,以大于所述一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物的总的目标覆盖量的量,一次涂覆所述一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团、通过配位键与细金属粒子中含有的金属元素结合的化合物以形成其覆盖层,然后,制备作为原料的分散液,其中将具有所述的一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物的覆盖层的细金属粒子分散在包含一种或多种有机溶剂的分散溶剂中,
[0025] 在减压下去除作为分散溶剂在分散液中含有的有机溶剂,从而浓缩分散液,[0026] 向进行过浓缩处理的分散液中加入一种或多种极性溶剂,在这一种或多种极性溶剂中,所述的一种或多种化合物在室温下的溶解度高于在所述有机溶剂中的溶解度,从而将过量的一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物溶解于所述的一种或多种极性溶剂中,然后通过过滤从得到的分散液中分离作为固相组分的细金属粒子,其中覆盖量的调节是通过去除过量的一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物而实现的,
[0027] 蒸发剩余的一种或多种极性溶剂至干燥。具体而言,优选将选自由金、银、铜、铂、钯、锡、镍、铝、锆、钛、铁和钨组成的组中的金属物种组成的干粉形式的细金属粒子,或包含选自所述金属物种组中的两种或更多种金属组成的细合金粒子,用于根据本发明的烧结制品导电层。
[0028] 根据本发明第一实施方案的细金属氧化物粒子是:
[0029] 干粉形式的细金属氧化物粒子,其特征在于:
[0030] 所述的细金属氧化物粒子是包含作为芯体的细金属粒子和在表面上的金属氧化物膜层的细粒;
[0031] 在1至100nm的范围内选择在它们自己表面上具有金属氧化物膜层的粒子的平均粒子大小;
[0032] 所述的细金属氧化物粒子的表面覆盖有一种或多种化合物,所述化合物含有含氮原子、氧原子或硫原子并且能够通过这些原子的孤电子对形成配位键的基团作为能够与在所述细金属氧化物粒子中含有金属元素形成配位键的基团,
[0033] 基于100质量份的细金属氧化物粒子,通过在5至35质量份的范围内选择所述的一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物的总量,调节所述的一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物的覆盖量;和
[0034] 所述金属氧化物膜层在表面上的形成以及所述覆盖量的调节是通过下面的处理进行的,所述的处理包含以下步骤:
[0035] 预先使所述一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物与具有在1至100nm的范围内选择的平均粒子大小的细金属粒子的表面接触,所述的细金属粒子对应于所述的细金属氧化物粒子,从而将含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团、通过配位键与细金属粒子中含有的金属元素结合的所述一种或多种化合物,基于100质量份细金属粒子,以大于所述一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物的总的目标覆盖量的量一次涂覆,以形成其覆盖层,然后,制备作为原料的分散液,其中将具有所述的一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物的覆盖层的细金属粒子分散在包含一种或多种有机溶剂的分散溶剂中,
[0036] 其中,将这样的分散液用作原料,在所述的分散液中,分散其上形成有覆盖层的细金属氧化物粒子,细金属氧化物粒子表面上的金属氧化物膜层是在分散液的制备时或稍后在所制备的分散液中通过细金属粒子的表面氧化而形成的,
[0037] 在减压下去除作为分散溶剂的在分散液中含有的有机溶剂,从而浓缩分散液,[0038] 向进行过浓缩处理的分散液中加入一种或多种极性溶剂,在所述一种或多种极性溶剂中,所述的一种或多种化合物在室温下的溶解度高于在所述有机溶剂中的溶解度,从而将过量的一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物溶解于所述的一种或多种极性溶剂中,然后通过过滤从得到的分散液中分离作为固相组分的细金属粒子,其中覆盖量的调节是通过去除过量的一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物而实现的,
[0039] 蒸发剩余的一种或多种极性溶剂至干燥。具体而言,优选将选自由金、银、铜、铂、钯、锡、镍、铝、锆、钛、铁和钨组成的组中的金属物种组成的、对应于细金属氧化物粒子的细金属粒子本身,或包含选自所述金属物种组中的两种或更多种金属的细合金粒子,用于根据本发明的烧结制品导电层。
[0040] 本发明还提供,作为根据本发明第一实施方案的干粉形式的细金属粒子的用途发明的,一种通过使用上述根据本发明第一实施方案的干粉形式的细金属粒子,由干式印刷方法在衬底上形成干粉形式的细金属粒子的涂层,来形成细金属粒子的烧结制品层的方法。
[0041] 因而,根据本发明第一实施方案形成导电布线图的方法之一是:
[0042] 一种在衬底上形成包含细金属粒子的烧结制品层的导电布线图的方法,其特征在于:
[0043] 所述的烧结制品层是通过使具有在1至100nm的范围内选择的平均粒子大小的细金属粒子相互接触,并且通过在不高于350℃的温度加热而烧结所述的粒子而得到的层,并且
[0044] 该方法包括以下步骤:
[0045] 通过使用固体粘合剂树脂,将根据本发明第一实施方案的干粉形式的细金属粒子干式涂覆至所述的衬底上,形成具有所述的布线图的细金属粒子涂层,和
[0046] 在所述的加热处理中,将所述细金属粒子涂层中含有的固体粘合剂树脂软化,同时对所述细金属粒子涂层中含有的细金属粒子进行烧结处理,
[0047] 其中,通过在焙烧处理中的加热,使覆盖在细金属粒子表面上的含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物与细金属粒子的表面分离,并且溶解在软化的粘合剂树脂中,从而实现细金属粒子的表面接触,以将细金属粒子相互烧结。
[0048] 特别是,在此使用根据本发明第一实施方案的干粉形式的细金属粒子形成导电布线图的方法中,
[0049] 优选通过使用固体粘合剂树脂将所述干粉形式细金属粒子干式涂覆至所述衬底上而形成具有所述布线图的细金属粒子涂层的步骤是通过下面的方法进行的:
[0050] 由电子照相图像印刷方法涂布调色剂粒子,所述的调色剂粒子是通过使用上述根据本发明的干粉形式的细金属粒子作为芯体粒子并将所述的固体粘合剂树脂作为调色剂用的树脂层制备的,以在衬底上形成具有布线图的调色剂层。
[0051] 同样,本发明还提供,作为根据本发明第一实施方案的干粉形式的细金属氧化物粒子的用途发明的,一种通过使用上述干粉形式的细金属氧化物粒子,由干式印刷方法在衬底上形成干粉形式的细金属氧化物粒子的涂层并且还原所述的细金属氧化物粒子,来形成细金属粒子的烧结制品层的方法。
[0052] 因此,根据本发明第一实施方案形成导电布线图的另一种方法是:
[0053] 一种在衬底上形成包含细金属粒子的烧结制品层的导电布线图的方法,其特征在于:
[0054] 所述的烧结制品层是通过使平均粒子大小在1至100nm范围内选择的细金属粒子在还原性气氛下相互接触,并且通过在不高于350℃的温度加热而将所述的粒子烧结而得到的层,并且
[0055] 该方法包含以下步骤:
[0056] 通过使用固体粘合剂树脂,将具有上述构造的根据本发明第一实施方案的干粉形式的细金属氧化物粒子干式涂覆至衬底上,形成具有布线图的细金属氧化物粒子涂层,[0057] 使细金属氧化物粒子涂层中包含的细金属氧化物粒子与具有还原能力的化合物气体或蒸气在加热温度、在还原性气氛下反应,从而将细金属氧化物粒子从它们的表面还原为相应的细金属粒子,和
[0058] 在所述用于加热的处理中,使细金属氧化物粒子涂层中含有的固体粘合剂树脂软化,同时对在还原处理中还原的细金属粒子进行烧结处理,
[0059] 其中,通过在焙烧处理中的加热,覆盖细金属氧化物粒子表面的含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物与细金属氧化物粒子表面分离,并且溶解在软化的粘合剂树脂中,从而实现细金属粒子的表面接触,以将细金属粒子相互烧结。
[0060] 特别是,在此使用根据本发明第一实施方案的干粉形式的细金属氧化物粒子形成导电布线图的方法中,
[0061] 优选通过使用固体粘合剂树脂将干粉形式的细金属氧化物粒子干式涂覆至衬底上,形成具有布线图的细金属氧化物粒子涂层的步骤是通过下面的方法进行的:
[0062] 由电子照相图像印刷方法涂布调色剂粒子,所述的调色剂粒子是通过使用具有上述构造的根据本发明第一实施方案的干粉形式的细金属氧化物粒子作为芯体粒子并将所述的固体粘合剂树脂作为调色剂用的树脂层制备的,以在衬底上形成具有布线图的调色剂层。
[0063] 在此情况下,在细金属氧化物粒子的还原方法中用作还原剂的具有还原能力的化合物优选是在碳原子上含有羟基(C-OH)的有机化合物或其两种或更多种的混合物,所述的羟基可以通过氧化转变成为桥氧基(=O)或甲酰基(-CHO)。在细金属氧化物粒子的还原方法中用作还原剂的具有还原能力的化合物优选是含有醇式羟基的有机化合物或其两种或更多种的混合物。特别是,在细金属氧化物粒子的还原方法中用作还原剂的具有还原能力的化合物更优选是含有两个或多个羟基的有机化合物或其两种或更多种的混合物。在此实施方案中,在细金属氧化物粒子的还原方法中用作还原剂的具有还原能力的化合物更优选选自:甘油(1,2,3-丙三醇)、乙二醇(1,2-乙二醇)、丙二醇(1,2-丙二醇)和1,3-丙二醇。
[0064] 根据本发明第一实施方案制备细金属粒子的方法是:
[0065] 一种制备干粉形式的细金属粒子的方法,其特征在于:
[0066] 在1至100nm的范围内选择细金属粒子本身的平均粒子大小;
[0067] 所述的细金属粒子的表面覆盖有一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子并且能够通过这些原子的孤电子对形成配位键的基团作为能够与在所述细金属粒子中含有的金属元素形成配位键的基团的化合物,
[0068] 基于100质量份的细金属粒子,通过在5至35质量份的范围内选择所述的一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物的总量,调节所述的一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物的覆盖量;并且
[0069] 至于所述调节覆盖量的步骤,该方法包括以下步骤:
[0070] 预先使所述含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物与具有在1至100nm的范围内选择的平均粒子大小的细金属粒子的表面接触,从而将所述一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团、通过配位键与在细金属粒子中含有的金属元素结合的化合物,基于100质量份细金属粒子,以大于所述一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物的总的目标覆盖量的量一次涂覆,以形成其覆盖层,并且制备作为原料的分散液,其中将具有所述的一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物的覆盖层的细金属粒子分散在包含一种或多种有机溶剂的分散溶剂中,
[0071] 在减压下去除作为分散溶剂的在分散液中含有的有机溶剂,从而浓缩分散液,[0072] 向进行过浓缩处理的分散液中加入一种或多种极性溶剂,在所述一种或多种极性溶剂中,所述的一种或多种化合物在室温下的溶解度高于在所述有机溶剂中的溶解度,从而将过量的一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物溶解于所述的一种或多种极性溶剂中,然后通过过滤从得到的分散液中分离作为固相组分的细金属粒子,其中覆盖量的调节是通过去除过量的一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物而实现的,
[0073] 进行蒸发剩余的一种或多种极性溶剂至干燥的处理。当细金属粒子本身是选自由金、银、铜、铂、钯、锡、镍、铝、锆、钛、铁和钨组成的组中的金属物种组成的细金属粒子,或包含选自所述金属物种组中的两种或更多种金属组成的细合金粒子时,该方法是有用的。
[0074] 根据本发明第一实施方案制备细金属氧化物粒子的方法是:
[0075] 一种制备干粉形式的细金属氧化物粒子的方法,其特征在于:
[0076] 所述的细金属氧化物粒子是包含作为芯体的细金属粒子和在表面上的金属氧化物膜层的细粒;
[0077] 在1至100nm的范围内选择在它们自己表面上具有金属氧化物膜层的粒子的平均粒子大小;
[0078] 所述的细金属氧化物粒子的表面覆盖有一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子并且能够通过所述原子的孤电子对形成配位键的基团作为能够与所述细金属氧化物粒子中含有的金属元素形成配位键的基团的化合物,并且
[0079] 基于100质量份的细金属氧化物粒子,通过在5至35质量份的范围内选择所述的一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物的总量,调节所述的一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物的覆盖量;和
[0080] 至于所述金属氧化物膜层在表面上的形成以及所述覆盖量的调节的步骤,所述的方法包含以下步骤:
[0081] 预先使所述一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物与具有在1至100nm的范围内选择的平均粒子大小的细金属粒子的表面接触,所述的细金属粒子对应于所述的细金属氧化物粒子,从而将所述一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团、通过配位键与在细金属粒子中含有的金属元素结合的化合物,基于100质量份细金属粒子,以大于所述一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物的总的目标覆盖量的量一次涂覆,以形成其覆盖层,并且制备作为原料的分散液,其中将具有所述的一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物的覆盖层的细金属粒子分散在包含一种或多种有机溶剂的分散溶剂中,
[0082] 其中,将这样的分散液用作原料,在所述的分散液中,分散有具有覆盖层的所述细金属氧化物粒子,细金属氧化物粒子表面上的金属氧化物膜层是在分散液的制备时或稍后在所制备的分散液中通过细金属粒子的表面氧化而形成的,
[0083] 在减压下去除作为分散溶剂的在分散液中含有的有机溶剂,从而浓缩分散液,[0084] 向进行过浓缩处理的分散液中加入一种或多种极性溶剂,在所述一种或多种极性溶剂中,所述的一种或多种化合物在室温下的溶解度高于在所述有机溶剂中的溶解度,从而将过量的一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物溶解于所述的一种或多种极性溶剂中,然后通过过滤从得到的分散液中分离作为固相组分的细金属氧化物粒子,其中覆盖量的调节是通过去除过量的一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物而实现的,并且
[0085] 进行蒸发剩余的一种或多种极性溶剂至干燥的处理。当例如对应于细金属氧化物粒子的细金属粒子本身是选自由金、银、铜、铂、钯、锡、镍、铝、锆、钛、铁和钨组成的组中的金属物种的细金属粒子,或包含选自所述金属物种组中的两种或更多种金属的细合金粒子时,可以优选使用该方法。
[0086] 此外,根据本发明第一实施方案形成导电布线图的方法的另一实施方案是[0087] 一种在衬底上形成包含细金属粒子的烧结制品层的导电布线图的方法,其特征在于:
[0088] 所述的烧结制品层是通过使平均粒子大小在1至100nm范围内选择的细金属粒子相互接触,并且通过在不高于350℃的温度加热而将所述的粒子烧结而得到的层,并且[0089] 该方法包含以下步骤:
[0090] 通过将具有上述构造的根据本发明第一实施方案的干粉形式的细金属粒子干式涂覆至所述的衬底上而形成具有所述的布线图的细金属粒子涂层,和
[0091] 在所述的加热处理中,将在细金属粒子涂层中含有的并且构成在细金属粒子表面上的覆盖层的所述一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物熔化,同时对在所述细金属粒子涂层中含有的细金属粒子进行烧结处理,
[0092] 其中,通过在焙烧处理中的加热,使覆盖在细金属粒子表面上的含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物与细金属粒子的表面分离,并且在相互熔合下熔化,从而实现细金属粒子的表面接触,以将细金属粒子相互烧结。
[0093] 备选地,根据本发明第一实施方案形成导电布线图的方法的又一实施方案是:
[0094] 一种在衬底上形成包含细金属粒子的烧结制品层的导电布线图的方法,其特征在于:
[0095] 所述的烧结制品层是通过使平均粒子大小在1至100nm范围内选择的细金属粒子在还原性气氛下相互接触,并且通过在不高于350℃的温度加热而将所述的粒子烧结而得到的层,并且
[0096] 该方法包含以下步骤:
[0097] 通过将具有上述构造的根据本发明第一实施方案的干粉形式的细金属氧化物粒子干式涂覆至衬底上,形成具有布线图的细金属氧化物粒子涂层,
[0098] 使在细金属氧化物粒子涂层中包含的细金属氧化物粒子与具有还原能力的化合物气体或蒸气在加热温度、在还原性气氛下反应,从而将细金属氧化物粒子从它们的表面还原为相应的细金属粒子,和
[0099] 在所述用于加热的处理中,使在细金属氧化物粒子中含有的并且构成细金属氧化物粒子表面上的覆盖层的所述的一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物熔化,同时对在还原处理中还原的细金属粒子进行烧结处理,
[0100] 其中,通过在焙烧处理中的加热,覆盖细金属氧化物粒子表面的含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物与细金属氧化物粒子表面分离,并且在相互熔合下熔化,从而实现细金属粒子的表面接触,以将细金属粒子相互烧结。
[0101] 另一方面,根据本发明细金属粒子的另一实施方案(第二实施方案)是:
[0102] 干粉形式的细金属粒子,其特征在于:
[0103] 在1至100nm的范围内选择细金属粒子本身的平均粒子大小;
[0104] 所述的细金属粒子的表面覆盖有一种或多种能够与在所述细金属粒子中含有的金属形成金属盐的羧酸,
[0105] 基于100质量份的细金属粒子,通过在5至35质量份的范围内选择所述的一种或多种羧酸的总量,调节所述一种或多种羧酸的覆盖量;并且
[0106] 所述覆盖量的调节是通过下面的处理进行的,所述的处理包含以下步骤:
[0107] 预先使所述一种或多种能够与在所述细金属粒子表面中含有的金属形成金属盐的羧酸与具有在1至100nm的范围内选择的平均粒子大小的细金属粒子接触,从而基于100质量份细金属粒子,以大于构成覆盖层的所述一种或多种羧酸的总的目标覆盖量的量,将通过库仑相互作用固定到在细金属粒子中含有的表面上的金属原子的羧酸形式的或以由金属阳离子物种和羧酸阴离子物种组成的羧酸盐形式的所述一种或多种羧酸一次涂覆,以形成其覆盖层,并且制备作为原料的分散液,所述的分散液含有分散在包含一种或多种有机溶剂的分散溶剂中的细金属粒子,所述的细金属粒子具有羧酸覆盖层,
[0108] 在减压下去除作为分散溶剂的在分散液中含有的有机溶剂,从而浓缩分散液,[0109] 向进行过浓缩处理的分散液中加入一种或多种极性溶剂,在所述的一种或多种极性溶剂中,所述的一种或多种构成覆盖层的羧酸在室温下的溶解度高于在所述有机溶剂中的溶解度,从而将过量的一种或多种羧酸溶解于所述的一种或多种极性溶剂中,然后通过过滤从得到的分散液中分离作为固相组分的细金属粒子,其中覆盖量的调节是通过去除过量的一种或多种羧酸而实现的,
[0110] 蒸发剩余的一种或多种极性溶剂至干燥。
[0111] 根据本发明细金属氧化物粒子的另一实施方案(第二实施方案)是:
[0112] 干粉形式的细金属氧化物粒子,其特征在于:
[0113] 所述的细金属氧化物粒子是包含作为芯体的细金属粒子和在表面上的金属氧化物膜层的细粒子;
[0114] 在1至100nm的范围内选择在它们自己表面上具有金属氧化物膜层的粒子的平均粒子大小;
[0115] 所述的细金属氧化物粒子的表面覆盖有一种或多种能够与在所述细金属氧化物粒子中含有的金属形成金属盐的羧酸,
[0116] 基于100质量份的细金属氧化物粒子,通过在5至35质量份的范围内选择所述的一种或多种羧酸的总量,调节所述一种或多种羧酸的覆盖量;和
[0117] 所述在表面上的金属氧化物膜层的形成和所述覆盖量的调节是通过下面的处理进行的,所述的处理包括以下步骤:
[0118] 预先使所述一种或多种羧酸与具有在1至100nm的范围内选择的平均粒子大小的细金属粒子的表面接触,所述的细金属粒子对应于所述的细金属氧化物粒子,从而基于100质量份细金属粒子,以大于构成覆盖层的所述一种或多种羧酸的总的目标覆盖量的量,将通过库仑相互作用固定到在细金属粒子中含有的表面上的金属原子的羧酸形式的或以由金属阳离子物种和羧酸阴离子物种组成的羧酸盐形式的所述一种或多种羧酸一次涂覆,以形成其覆盖层,并且制备作为原料的分散液,所述的分散液含有分散在包含一种或多种有机溶剂的分散溶剂中的细金属粒子,所述的细金属粒子具有羧酸覆盖层,
[0119] 其中,制备包含具有覆盖层的细金属氧化物粒子的分散液作为原料,在所述的细金属氧化物粒子上,在分散液的制备时或稍后在所制备的分散液中通过细金属粒子的表面氧化在表面上形成金属氧化物膜层,
[0120] 在减压下去除作为分散溶剂的在分散液中含有的有机溶剂,从而浓缩分散液,[0121] 向进行过浓缩处理的分散液中加入一种或多种极性溶剂,在所述的一种或多种极性溶剂中,所述的一种或多种构成覆盖层的羧酸在室温下的溶解度高于在所述有机溶剂中的溶解度,从而将过量的一种或多种羧酸溶解于所述的一种或多种极性溶剂中,然后通过过滤从得到的分散液中分离作为固相组分的细金属氧化物粒子,其中覆盖量的调节是通过去除过量的一种或多种羧酸而实现的,并且
[0122] 蒸发剩余的一种或多种极性溶剂至干燥。
[0123] 此外,本发明还提供,作为根据本发明第一实施方案的干粉形式的细金属粒子的用途发明的,一种细金属粒子分散液的发明,其中使用上述根据本发明第一实施方案的干粉形式的细金属粒子作为原料,将干粉形式的细金属粒子均匀地再分散在高沸点溶剂中。
[0124] 因此,根据本发明第一实施方案的细金属粒子分散液之一是:
[0125] 一种包含均匀分散在分散溶剂中的细金属粒子的细金属粒子分散液,其特征在于:
[0126] 通过将权利要求1或2所述的干粉形式的细金属粒子再分散在分散溶剂中,将所述的细金属粒子均匀地分散在分散溶剂中,
[0127] 构成再分散后的细金属粒子分散液的分散溶剂是沸点大于等于100℃但小于等于300℃的高沸点溶剂,并且
[0128] 基于100质量份的细金属粒子,通过在3至25质量份的范围内选择在细金属粒子分散液中的分散溶剂的含量,细金属粒子分散液具有调节到50至200Pa·s(25℃)的粘度。在此情况下,优选的是,基于100质量份的细金属粒子,在5至20质量份的范围内选择在细金属粒子分散液中的分散溶剂的含量。
[0129] 此外,根据本发明第一实施方案的又一种细金属粒子分散液是:
[0130] 一种包含均匀分散在分散溶剂中的细金属粒子的细金属粒子分散液,其特征在于:
[0131] 通过将具有上述构造的根据本发明第一实施方案的干粉形式的细金属粒子再分散在分散溶剂中,将所述的细金属粒子均匀地分散在分散溶剂中,
[0132] 构成再分散后的细金属粒子分散液的分散溶剂是沸点大于等于100℃但小于等于300℃的高沸点溶剂,并且
[0133] 基于100质量份的细金属粒子,通过在30至80质量份的范围内选择在细金属粒子分散液中的分散溶剂的含量,在5至30mPa·s(25℃)的范围内调节细金属粒子分散液的粘度。在此情况下,优选的是:基于100质量份的细金属粒子,在40至80质量份的范围内选择在细金属粒子分散液中的分散溶剂的含量。
[0134] 同样,本发明还提供,作为根据本发明第一实施方案的干粉形式的细金属氧化物粒子的用途发明的,一种细金属氧化物粒子分散液的发明,其中使用上述根据本发明第一实施方案的干粉形式的细金属氧化物粒子作为原料,将干粉形式的细金属氧化物粒子均匀地再分散在高沸点溶剂中。
[0135] 因此,根据本发明第一实施方案的细金属氧化物粒子分散液之一是:
[0136] 一种细金属氧化物粒子分散液,其包含均匀分散在分散溶剂中的细金属氧化物粒子,特征在于:
[0137] 通过将具有上述构造的根据本发明第一实施方案的干粉形式的细金属氧化物粒子再分散在分散溶剂中,将所述的细金属氧化物粒子均匀地分散在分散溶剂中,[0138] 构成再分散后的细金属氧化物粒子分散液的分散溶剂是沸点大于等于100℃但小于等于300℃的高沸点溶剂,并且
[0139] 基于100质量份的细金属氧化物粒子,通过在3至25质量份的范围内选择在细金属氧化物粒子分散液中的分散溶剂的含量,细金属氧化物粒子分散液具有在50至200Pa·s(25℃)的范围内调节的粘度。在此情况下,优选的是,基于100质量份的细金属氧化物粒子,在3至15质量份的范围内选择在细金属氧化物粒子分散液中的分散溶剂的含量。
[0140] 此外,根据本发明第一实施方案的又一种细金属氧化物粒子分散液是:
[0141] 一种细金属氧化物粒子分散液,其包含均匀分散在分散溶剂中的细金属氧化物粒子,特征在于:
[0142] 通过将具有上述构造的根据本发明第一实施方案的干粉形式的细金属氧化物粒子再分散在分散溶剂中,将所述的细金属氧化物粒子均匀地分散在分散溶剂中,[0143] 构成再分散后的细金属氧化物粒子分散液的分散溶剂是沸点大于等于100℃但小于等于300℃的高沸点溶剂,并且
[0144] 基于100质量份的细金属氧化物粒子,通过在30至70质量份的范围内选择在细金属氧化物粒子分散液中的分散溶剂的含量,在5至30mPa·s(25℃)的范围内调节细金属氧化物粒子分散液的粘度。在此情况下,优选的是,基于100质量份的细金属氧化物粒子,在40至65质量份的范围内选择在细金属氧化物粒子分散液中的分散溶剂的含量。
[0145] 除了上述根据本发明第一实施方案的细金属粒子分散液的发明外,本发明还提供,作为根据本发明第一实施方案的干粉形式的细金属粒子的用途发明的,一种形成细金属粒子的烧结制品层的方法,该方法包括:由各种印刷方法,将使用根据本发明第一实施方案的干粉形式的细金属粒子作为原料制备的细金属粒子分散液涂覆至衬底上,由此形成细金属粒子分散液的涂层并且形成在涂层中含有的细金属粒子的烧结制品层。因而,使用具有上述构造的根据本发明第一实施方案的细金属粒子分散液形成导电布线图的方法是:
[0146] 一种在衬底上形成包含细金属粒子的烧结制品层的导电布线图的方法,其特征在于:
[0147] 所述的烧结制品层是通过使平均粒子大小在1至100nm范围内选择的细金属粒子相互接触,并且通过在不高于350℃的温度加热而将所述的粒子烧结而得到的层,并且[0148] 该方法包括以下步骤:
[0149] 通过向衬底上涂覆具有上述构造的根据本发明第一实施方案的使用高沸点溶剂作为分散溶剂的细金属粒子分散液,形成具有布线图的细金属粒子分散液涂层,和[0150] 在所述用于加热的处理中,蒸发和除去在细金属粒子分散液涂层中含有的高沸点溶剂,同时进行在细金属粒子分散液涂层中含有的细金属粒子的烧结处理,
[0151] 其中,通过在焙烧处理中的加热,覆盖细金属粒子表面的含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物与细金属粒子表面分离,从而实现细金属粒子的表面接触,以将细金属粒子相互烧结。在此情况下,更优选的是,细金属粒子分散液中含有的细金属粒子是选自由金、银、铜、铂、钯和镍组成的组中的金属物种的细金属粒子,或包含选自所述金属物种组中的两种或更多种金属的细合金粒子。
[0152] 同样,除了上述根据本发明第一实施方案的细金属氧化物分散液的发明外,本发明还提供,作为根据本发明第一实施方案的干粉形式的细金属氧化物粒子的用途发明的,一种形成细金属粒子的烧结制品层的方法,该方法包括:由各种印刷方法,将使用根据本发明第一实施方案的干粉形式的细金属氧化物粒子作为原料制备的细金属粒子分散液涂覆至衬底上,由此形成细金属氧化物粒子分散液的涂层并且形成从在涂层中含有的细金属氧化物粒子还原的相应细金属粒子的烧结制品层。因而,使用具有上述构造的根据本发明第一实施方案的细金属氧化物粒子分散液形成导电布线图的方法是:
[0153] 一种在衬底上形成包含细金属粒子的烧结制品层的导电布线图的方法,其特征在于:
[0154] 所述的烧结制品层是通过使平均粒子大小在1至100nm范围内选择的细金属粒子在还原性气氛下相互接触,并且通过在不高于350℃的温度加热而将所述的粒子烧结而得到的层,并且
[0155] 该方法包含以下步骤:
[0156] 通过向衬底上涂覆具有上述构造的根据本发明第一实施方案的使用高沸点溶剂作为分散溶剂的细金属氧化物粒子分散液,形成具有布线图的细金属氧化物粒子分散液涂层,和
[0157] 使在细金属氧化物粒子涂层中包含的细金属氧化物粒子与具有还原能力的化合物气体或蒸气在加热温度、在还原性气氛下反应,从而将细金属氧化物粒子从它们的表面还原为相应的细金属粒子,
[0158] 在所述用于加热的处理中,蒸发和除去在细金属氧化物粒子分散液涂层中含有的高沸点溶剂,同时进行在还原处理中还原的细金属粒子的烧结处理,
[0159] 其中,通过在焙烧处理中的加热,覆盖细金属氧化物粒子表面的含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物与细金属氧化物粒子表面分离并且与高沸点溶剂一起蒸发,从而实现细金属粒子的表面接触,以将细金属粒子相互烧结。在此情况下,更优选的是,细金属粒子分散液中含有的对应于细金属氧化物粒子的细金属粒子本身是选自由银、铜和镍组成的组中的金属物种的细金属粒子,或包含选自所述金属物种组中的两种或更多种金属的细合金粒子。
[0160] 本发明可以使干粉形式的细金属粒子或细金属氧化物粒子的制备简单,所述的干粉形式的细金属粒子或细金属氧化物粒子即使不贮存在分散溶剂中,也可以长期以良好的分散状态用作极细的粒子而不引起凝结。例如,将所制备的干粉形式的细金属粒子或细金属氧化物粒子使用调色剂用的固体粘合剂树脂形成为调色剂粒子,并且使用电子照相图像印刷法,将具有适宜图案的涂层形成在膜状衬底材料表面上,然后进行加热处理,可以制备烧结制品导体层,其中,将所含有的细金属粒子或通过还原细金属氧化物粒子而得到的细金属粒子进行烧结。除了由湿式印刷方法使用膏分散液形成烧结制品导体层的常规方法外,使用干式印刷方法形成烧结制品导体层的方法对于在更宽的领域内利用其中烧结有细金属粒子的烧结制品导体层是有用的。
[0161] 除了上述干式印刷方法的应用外,还可以将本发明干粉形式的细金属粒子或细金属氧化物粒子用作形成细布线用的导电粉末涂料,用于导电电子部件的导电粘合剂,并且通过再分散在另一溶剂中,可以将所述的粒子用作导电细粒子分散液用的导电介质,用于形成具有低电阻和高可靠性的细布线。
[0162] 附图简述
[0163] 图1是示意地图示用于使用还原性有机化合物的还原/烧结的装置的结构的视图,所述的装置可以用于实施用于形成根据本发明的铜烧结制品精细布线图的方法中的还原/烧结处理。
[0164] 图1中的符号表面下面的含义:
[0165] 1衬底
[0166] 2还原/烧结装置的气密室
[0167] 3还原/烧结处理中用于加热的加热器
[0168] 4气体进口
[0169] 5气体出口
[0170] 实施本发明的最佳方式
[0171] 本发明的发明人为了解决这些问题进行了深入细致的研究,并且开发出了一种使用粒子大小为1至100nm的细金属粒子分散液为原料制备粉状细金属粒子的方法,所述的粉状细金属粒子可以再分散的并且具有长期的可靠性。还证实了,可以通过使用原样的粉状细金属粒子或粉状金属氧化物形成布线的方法,或通过电子照相图像印刷方法,使用含有这些粒子作为主要组分的调色剂,来形成精细导电图案。此外,通过加热和焙烧,可以形成具有低电阻的布线。还证实了,在细金属氧化物粒子的情况下,通过使用还原化合物如醇作为还原剂,在350℃或更低的低温条件下同时进行还原和烧结,可以形成具有低电阻的布线,从而完成了本发明。
[0172] 具体地,通过下面的方法得到粉状细金属粒子或粉状细金属氧化物粒子:通过洗涤,将过量的分散剂和溶剂从分散液中除去,在所述的分散液中,其表面覆盖有在端部含有含氧原子、氮原子或硫原子的官能团的覆盖剂的细金属粒子或金属氧化物以没有扰乱细粒子稳定性的稳定状态被分散在溶剂中,并且蒸发用于洗涤的溶剂。这些粒子具有的特征在于,它们以稳定的粉状细金属粒子或粉状细金属氧化物粒子的形式存在而没有凝结,可以容易地再分散在溶剂中,并且可以形成为不含凝结物质的非常稳定的细金属粒子分散液或细金属氧化物粒子分散液。
[0173] 下面,更详细描述本发明。
[0174] 在使用本发明的烧结制品导体层形成布线图的方法中,利用的性质是,通过使具有在1至100nm的范围内选择的平均粒子大小的细金属粒子的金属表面彼此接触,即使由低温加热也可以形成紧密填充的细金属粒子的烧结制品层。
[0175] 如上所述,当特细的金属粒子以干粉的形式使用并且使细金属粒子的金属表面接触时,细金属粒子相互熔合并且凝结,并且这种凝结体对于制备本发明所希望的烧结制品导电层是不利的。为了防止细粒子的这种凝结,将分散在液体中的在表面上具有低分子量物质的覆盖层的细金属粒子用作原料。
[0176] 更具体地,本发明的第一实施方案中,用作原料的细金属粒子的表面覆盖有一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团作为能够与在细金属粒子中含有的金属元素形成配位键的基团的化合物。换言之,使用分散在一种或多种有机溶剂中的细金属粒子的分散液,其中细金属粒子的金属表面均匀地覆盖有一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团作为能够与在细金属粒子中含有的金属元素形成配位键的基团的化合物,例如,其中保持粒子覆盖有含有一个或多个端基氨基的胺化合物。
[0177] 覆盖层的作用是防止在导电膏中含有的细金属粒子凝结,同时在贮存期间保持高的抗凝结性能,因为细金属粒子的金属表面在加热之前相互不直接接触。此外,即使粒子在应用时与空气中的水或氧分子接触,也不发生与水分子或氧分子的直接接触,因为细金属粒子的表面覆盖有覆盖层。因此,覆盖层还具有防止由于空气中的水或氧分子而在细金属粒子表面上形成天然氧化物的作用。
[0178] 本发明的第一实施方案中,用于均匀地覆盖细金属粒子表面的化合物采用这样的基团,所述的基团在与金属元素形成配位键时在氮原子、氧原子或硫原子具有孤电子对。含有氮原子的基团的实例包括氨基。含有硫原子的基团的实例包括巯基(-SH)和硫醚型硫烷二基(-S-)。含有氧原子的基团的实例包括羟基(-OH)和醚型氧基(-O-)。
[0179] 有用的含有氨基的化合物的典型实例包括烷基胺。优选的是这样的烷基胺,其与金属元素形成配位键,并且在通常的贮存条件下,特别是在低于40℃的贮存条件下不分离,并且沸点为60℃或更高,优选100℃或更高,更优选150℃或更高。同时,适宜的是,通过细金属粒子的低温加热和烧结处理,烷基胺从细金属粒子的表面分离,并且可以最终蒸发。因此,优选沸点低于300℃,通常为250℃或更低的烷基胺。有用的是含有其碳原子数选自C8至C18的烷基并且在烷基链的末端含有氨基的烷基胺。例如,考虑到它们的处理性能,如是热稳定的,在室温具有中等的蒸气压,以及在室温下贮存时保持和控制它们的含量为适宜范围的容易性,优选使用上述的C8至C18烷基胺。
[0180] 通常,为了形成这种配位键,更优选伯胺化合物,因为它们具有更高的结合能力,但是也可以使用仲胺化合物和叔胺化合物。还有用的是其中两个或更多个相邻的氨基参与结合的胺化合物,如1,2-二胺或1,3-二胺化合物。此外,也可以使用链状胺化合物,其在其链中含有聚氧化烯胺基醚型氧基(-O-)。除了含有末端氨基的化合物外,也可以使用含有亲水性端基的化合物,如含有羟基的羟胺,例如乙醇胺。
[0181] 有用的含有巯基(-SH)的化合物的典型实例包括链烷硫醇。优选的是这样的链烷硫醇,其与金属元素形成配位键,并且在低于40℃的通常贮存条件下不分离,并且沸点为60℃或更高,优选100℃或更高,更优选150℃或更高。同时,优选这样的链烷硫醇,其在从细金属粒子的表面分离之后,通过烧结处理可以最终蒸发,并且优选沸点低于300℃,通常为250℃或更低的链烷硫醇。例如,有用的是含有C4至C20,优选C8至C18的烷基并且在烷基链末端含有巯基(-SH)的链烷硫醇。例如,考虑到它们的处理性能,如是热稳定的,在室温具有中等的蒸气压,以及在室温下贮存时保持和控制它们的含量为适宜范围方面的容易性,优选使用上述的C8至C18链烷硫醇。通常,更优选伯硫醇化合物,因为它们具有更高的结合能力,但是也可以使用仲硫醇化合物和叔硫醇化合物。还有用的是其中两个或更多个巯基(-SH)参与结合的硫醇化合物,如1,2-二硫醇化合物。
[0182] 有用的含有羟基(-OH)的化合物的典型实例包括链烷二醇。其实例包括二元醇如1,2-亚乙基二醇、二甘醇和聚乙二醇。优选的是这样的链烷二醇,其与金属元素形成配位键,并且在低于40℃的通常贮存条件下不分离,并且沸点为60℃或更高,通常100℃或更高,更优选150℃或更高。同时,优选这样的链烷二醇,其在从细金属粒子的表面分离之后,通过烧结可以最终蒸发,并且优选沸点低于300℃,通常为250℃或更低的链烷二醇。例如,更优选使用其中两个或更多个羟基参与结合的化合物,如1,2-二醇化合物。
[0183] 由于将细金属粒子用于制备本发明中的烧结制品导体层,优选细金属粒子是选自由金、银、铜、铂、钯、锡、镍、铝、锆、钛、铁和钨组成的组中的金属物种的细金属粒子,或包含选自所述金属物种组中的两种或更多种金属的细合金粒子。同样,在表面上具有氧化物膜层的细金属氧化物粒子的情况下,用作原料的细金属粒子是选自由金、银、铜、铂、钯、锡、镍、铝、锆、钛、铁和钨组成的组中的金属物种的细金属粒子,或包含选自所述金属物种组中的两种或更多种金属的细合金粒子。
[0184] 特别是,为了使用上述的细金属粒子作为原料,通过低温烧结制备用于形成具有良好导电性能的细布线的烧结制品导体层,特别优选使用由选自金、银、铜、铂、钯和镍组成的组中的金属物种组成的细金属粒子。同样,为了使用通过还原在表面上具有氧化物膜层的细金属氧化物粒子而制备的细金属粒子作为原料,通过低温烧结制备用于形成具有良好导电性能的细布线的烧结制品导体层,特别优选将选自银、铜和镍组成的组中的金属物种组成的细金属粒子用作原料。
[0185] 除了这些应用外,可以将本发明干粉形式的细金属氧化物粒子用于制造其中将金属氧化物用于活性层的各种传感器。当将细金属氧化物粒子采用来制造其中将金属氧化物用于活性层的各种传感器时,由锡、锌、铝、钛或钨的氧化物组成的细金属氧化物粒子适宜于各种传感器的工作原理。
[0186] 此外,至于本发明干粉形式的细金属粒子或细金属氧化物粒子,代替含有含氮原子、氧原子或硫原子并且能够通过所述原子的孤电子对形成配位键的基团作为能够与在所述细金属粒子中含有的金属元素形成配位键的基团的化合物,还有用的是其表面覆盖有羧酸的细金属粒子或细金属氧化物粒子,所述的羧酸通过库仑相互作用固定到在阳离子金属原子的金属表面,或含有与金属表面上的金属阳离子形成盐的羧酸阴离子物种并且被以羧酸盐的形式固定。换言之,可以通过下面的方法制备用于制备根据本发明第二实施方案的干粉形式的细金属粒子或细金属氧化物粒子的细金属粒子或细金属氧化物粒子,其具有通过库仑相互作用固定的羧酸的覆盖层,或由金属阳离子物种和羧酸阴离子物种组成的羧酸盐的覆盖层:例如,将羧酸加入至含有含烷基胺作为覆盖剂分子的细金属粒子或细金属氧化物粒子的分散液中,以分离覆盖剂分子如烷基胺,从而转变成为细金属粒子或细金属氧化物粒子,其具有通过库仑相互作用而固定至金属表面的羧酸的覆盖层的或取而代之的是,具有由金属阳离子物种和羧酸阴离子物种组成的羧酸盐的覆盖层。在那种情况下,所加入的羧酸量使得:当与在含有细金属粒子或细金属氧化物粒子作为原料的分散液中含有的覆盖剂分子如烷基胺上存在的金属元素形成配位键,所述的原料具有覆盖剂分子如烷基胺时,基于1摩尔在氮原子、氧原子或硫原子上含有的孤电子对的基团,对于分离含有氮原子、氧原子或硫原子上的孤电子对的分子,消耗基本上等摩尔的存在于羧酸中的羧基,此外,对于覆盖粒子所需要的过量优选选自等价于0.8至1.2摩尔的范围。
[0187] 备选地,当使用气相蒸发方法,通过允许羧酸的蒸气或极细的雾漂浮在体系中以使羧酸直接作用于制备的细金属粒子的表面上来制备细金属粒子时,可以制备这样的细金属粒子,其具有通过库仑相互作用固定至金属表面的羧酸的覆盖层或由金属阳离子物种和羧酸阴离子物种组成的羧酸盐的覆盖层。
[0188] 在其表面覆盖有羧酸的干粉形式的细金属粒子或细金属氧化物粒子中,可以存在覆盖表面的一种或多种羧酸,基于100质量份的细金属粒子或细金属氧化物粒子,其比例总计为5至35质量份。
[0189] 在本发明的第二实施方案中,在形成细金属粒子或细金属氧化物粒子的干粉的方法中,所述的细金属粒子或细金属氧化物粒子具有以通过库仑相互作用固定到金属表面上的羧酸形式的或以由金属阳离子物种和羧酸阴离子物种组成的羧酸盐形式的羧酸涂层,可以采用蒸发分散溶剂的方法,使用极性溶剂洗涤的方法,和通过蒸发和干燥用于上述洗涤的极性溶剂而除去的方法,目的在于除去覆盖剂分子如烷基胺、过量的羧酸或与羧酸形成加成盐的烷基胺,它们被释放出来并且混合到上述原料分散液中。特别地,上述用于覆盖根据本发明第二实施方案的干粉形式的细金属粒子或细金属氧化物粒子表面的羧酸的实例包括:含有2至18个碳原子的直链羧酸,如含有8个或更多个碳原子的长链羧酸,如月桂酸(十二烷酸,熔点:44℃,沸点:225℃(100mmHg))、肉豆蔻酸(十四烷酸,熔点:53.8℃和57.5至58℃的双熔点,沸点:248.7℃(100mmHg))、棕榈酸(十六烷酸,熔点:63至
64℃,沸点:360℃,215℃(15mmHg))和硬脂酸(十八烷酸,熔点:69至70℃,沸点:383℃,
232℃(15mmHg),于90至100℃逐渐挥发)。
[0190] 将上述在表面上含有一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团作为能够与金属元素形成配位键的基团的化合物的覆盖层的细金属粒子均匀地分散在分散溶剂中。使用其中覆盖剂分子在室温具有相对低溶解度的一种或多种有机溶剂组成的分散溶剂,以防止覆盖金属表面的覆盖剂分子的溶解。同样,将过量的覆盖剂分子溶解在分散液中,从而防止覆盖金属表面的覆盖剂分子的溶解。为了这些原因,通过仅除去分散溶剂,将溶解在分散液中的过量覆盖剂分子浓缩,并且在表面上含有覆盖剂层的细金属粒子相互粘附并且在浓缩溶液中凝结。
[0191] 在根据本发明第一实施方案的干粉形式的细金属粒子的情况下,将过量的覆盖剂分子溶解于极性溶剂中,并且预先除去。于是在极性溶剂中,沉淀出在表面上具有覆盖剂层并且具有降低的分散性的细金属粒子,从而顺利地进行固液分离。因此,对于使用极性溶剂的洗涤,使用一种或多种极性溶剂,其中覆盖剂分子在一种或多种极性溶剂的溶解度高于在有机溶剂中的溶解度。例如,作为用作其中覆盖剂分子具有相对低溶解度的分散溶剂的有机溶剂,可以优选使用没有极性或低极性的溶剂,如芳烃溶剂如甲苯,或链烃溶剂如己烷。另一方面,至于其中覆盖剂分子与在有机溶剂中相对低的溶解度相比具有较高溶解度的极性溶剂,优选使用其中覆盖剂分子具有至少为在有机溶剂中溶解度10倍的溶解度的极性溶剂。具体地,适宜的是,在覆盖剂分子的溶解度使得10质量份或更少的覆盖剂分子溶解于100质量份的有机溶剂中时,使用其中基于100质量份的极性溶剂,在室温下可以溶解100质量份或更多的覆盖剂分子的极性溶剂。
[0192] 有用的极性溶剂的实例包括:在覆盖剂分子是上述含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物的情况下,醇溶剂、腈溶剂和酮溶剂,其适用于溶解含有氨基、羟基或巯基的分子。在最后阶段覆盖干粉形式的细金属粒子时,采用其中将用于洗涤的大部分极性溶剂通过固液分离除去并且蒸发剩余的极性溶剂的方法。优选的是,在100℃或更低的温度蒸发极性溶剂,因此优选使用沸点例如为约80℃或更低的低沸点极性溶剂。另一方面,在其中最后蒸发剩余极性溶剂的干燥步骤中,在用作覆盖剂分子的一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物不从金属表面分离而可以立即蒸发极性溶剂的温度下,进行干燥。
[0193] 虽然通过进行上述使用极性溶剂的洗涤来除去过量的覆盖剂分子,但是为了在细金属粒子的表面上留下需要的覆盖剂分子层,在基于100质量份的细金属粒子的一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物的总量中,在5至35质量份的范围内选择和调节洗涤后剩余的一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物的覆盖量。
[0194] 更具体地,将在平均粒子大小为1至100nm的细金属粒子的表面上形成至少0.5nm或更厚的覆盖剂分子层。适宜的是,在平均粒子大小为1nm的细金属粒子的情况下,形成0.5nm至1nm的覆盖剂分子层,并且在平均粒子大小为100nm的细金属粒子的情况下,形成
30nm或更薄的覆盖剂分子层。例如,当在1至20nm的范围内选择细金属粒子的平均粒子大小时,优选覆盖剂分子层的厚度至少为0.5nm或更厚,并且在细金属粒子的平均粒子大小的2/10至8/10的范围内选择。适宜的是,也在上述范围内选择在细金属氧化物粒子的表面上形成的覆盖剂分子层的厚度。
[0195] 同样在根据本发明第一实施方案的干粉形式的细金属氧化物粒子的情况下,采用的是与根据本发明第一实施方案的干粉形式的细金属粒子的情况下基本上相同的方法和构造。
[0196] 在根据本发明第一实施方案形成导电布线图的方法和形成导电薄膜的方法中,在绘制干粉形式的细金属粒子的涂布膜后,使具有在1至100nm的范围内选择的平均粒子大小的细金属粒子相互接触,同时保持清洁的金属面暴露于表面上,并且通过加热至至少150℃或更高但是低于350℃而烧结粒子,形成想要的紧密填充的细金属粒子的烧结制品层。因而,适宜的是例如在惰性气体气氛中或在还原气氛中进行加热,从而防止在细金属粒子的表面上生成氧化物膜。
[0197] 另一方面,在根据本发明第一实施方案的形成导电布线图的方法和形成导电薄膜的方法中,在绘制表面上具有金属氧化物膜的细金属氧化物粒子的涂膜之后对在细金属氧化物粒子表面上存在的金属氧化物膜层还原的步骤中,在具有还原能力的化合物如具有还原能力的有机化合物的气体或蒸气的存在下,通过在选自至少180℃或更高但是350℃或更低的加热温度加热,即使在这种低的加热温度下,在表面上的金属氧化物的还原反应也快速地进行。由于在表面上一次形成的非氧化金属原子和在内部存在的金属氧化物分子之间的固相反应,在内部的金属氧化物被转变成为非氧化金属原子,而金属氧化物形成在表面上。通过连续地供给的具有还原能力的有机化合物的还原作用,将在表面上形成的金属氧化物还原为非氧化金属原子。由于重复上述系列的反应循环,逐渐降低了最初到达细金属氧化物粒子深内部的金属氧化物膜层,并且最终将全部细粒子还原为细金属粒子。
[0198] 如果还原的细金属粒子再留在空气中,并且与空气中的氧分子长期接触,发生表面的再氧化。在根据本发明第一实施方案形成导电布线图的方法中,在具有还原能力的有机化合物的气体或蒸气的存在下,在没有再与空气长期接触的条件下,在选自至少180℃或更高但是350℃或更低的加热温度下使再生的细金属粒子的清洁表面紧密接触,因此,烧结在相对低的温度下迅速地进行,从而在整个涂层中形成再生细金属粒子的紧密填充烧结制品层。如后面描述的实施例中所示,由氧化/再还原方法,其中使粒子在一次完成还原后与氧分子接触非常短的时间,然后进行再还原,可以逐渐地形成烧结制品。
[0199] 具体地,在使用根据本发明第一实施方案的干粉形式的细金属氧化物粒子形成导电布线图的方法中,适宜的是,所使用的细粒的平均粒子大小因而选自:其中当使再生细金属粒子的清洁表面紧密接触时,即使在选自至少180℃或更高但是350℃或更低的加热温度下,也可以迅速地进行烧结的范围。鉴于此,在1至100nm,更优选1至20nm的范围内选择所使用的在表面上具有金属氧化物膜层的细金属氧化物粒子的平均粒子大小。
[0200] 此外,同样在本发明的第二实施方案中,当使用细金属粒子或细金属氧化物粒子形成导电布线图,所述的细金属粒子或细金属氧化物粒子具有通过库仑相互作用固定至金属表面的羧酸形式的上述羧酸的覆盖层,或由金属阳离子物种和羧酸阴离子物种组成的羧酸盐的覆盖层,作为本发明的干粉形式的细金属粒子或细金属氧化物粒子时,必须的是,将通过库仑相互作用固定至金属表面的羧酸从金属表面分离,或通过将由金属阳离子物种和羧酸阴离子物种组成的羧酸盐一次转变为羧酸而分离羧酸阴离子的方法,以及同时,将金属阳离子物种还原为金属原子的方法。由与在还原气氛中细金属氧化物粒子的还原类似的- 2+方法,可以进行这些方法。具体地,在羧酸盐((-COO)2M )歧化为羧酸酐(-C(=O)-O-C(=O)-)和金属氧化物(MO)后,可以将金属氧化物(MO)还原为金属原子(M)。同时,羧酸酐(-C(=O)-O-C(=O)-)也进行还原并且转变成例如醛(-CHO),然后从金属表面分离。
[0201] 同时,作为将含有干粉形式的细金属氧化物粒子或细金属粒子的涂层绘制成为衬底上适宜的布线图的方法,使用的是干式印刷方法。在此方法中,干粉形式的细金属氧化物粒子或细金属粒子的表面以适宜的覆盖比率覆盖有一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子并且能够通过这些原子的孤电子对形成配位键的基团作为能够与在细金属粒子或细金属氧化物粒子中含有的金属元素形成配位键的基团的化合物。通常,衬底材料的表面在室温下使用固体粘合剂树脂涂布有粒子。至于固体粘合剂树脂,使用的是对衬底材料表面具有高的粘附性并且对金属材料具有足够的粘附性的那些。此外,通过选择对覆盖和保护细金属粒子或细金属氧化物粒子的表面的覆盖剂化合物具有亲合性的固体粘合剂树脂,可以将干粉形式的细金属粒子或细金属氧化物粒子形成为适宜层厚度的均匀涂层。
[0202] 对于上述的干式印刷方法,可优选使用适宜于高再现性地连续形成具有相同图案的粉状粒子涂层的电子照相图像印刷方法。电子照相图像印刷方法中,例如,将带负电荷的光受体暴露于光,由此使带电区域成为想要图案的形状,并且将调色剂粒子静电粘附于该区域,然后通过除去静电荷将调色剂粒子图像转印至想要的衬底表面上。为了固定转印的调色剂粒子图像,通常进行通过加热使在调色剂粒子中含有的固体粘合剂树脂软化的方法,通过使用轧辊加压而压力焊接的方法等。为此,使用调色剂用的粘合剂树脂将干粉形式的细金属粒子或细金属氧化物粒子形成为调色剂粒子。在0.1μm至10μm的范围内选择调色剂粒子的平均粒子大小。更具体地,将干粉形式的细金属粒子或细金属氧化物粒子和调色剂用的粘合剂树脂混合,并且当干粉形式的细金属粒子或细金属氧化物粒子与粘合剂树脂均匀混合时,将混合物粉碎或形成为具有上述平均粒子大小的粉末。另一方面,优选的是,为了制备调色剂粒子,基于100质量份的干粉形式的细金属粒子或细金属氧化物粒子,加入1至20质量份的粘合剂树脂。通常,可以将苯乙烯-丙烯酸类树脂用作调色剂用的粘合剂树脂,并且可以优选使用软化点为80℃至230℃的那些。例如,可以使用对用作衬底材料的膜状聚酰亚胺树脂具有良好粘附性的苯乙烯-丙烯酸类树脂、聚酯树脂和环氧树脂。就此而论,在固定步骤中,在稍高于所使用的调色剂用粘合剂树脂的软化点的温度,例如100℃至250℃下加热调色剂粒子,同时优选在1kgf/cm至20kgf/cm的范围内选择通过轧辊施压的轧辊的线性压力。
[0203] 此外,除了细金属粒子或通过还原细金属氧化物粒子而得到的细金属粒子外,通过加入具有较大平均粒子大小的金属粉末,还可以将烧结制品导体层形成为整体的烧结制品导体层,其中具有较大平均粒子大小的金属粉末粒子之间的空间被细金属粒子填充。在那种情况下,优选将一起使用的具有较大平均粒子大小的金属粉末作为芯体粒子的部分与干粉形式的细金属粒子或细金属粒子一起加入,其中,在除去表面氧化物膜之后,制备调色剂粒子。换言之,在制备调色剂粒子时,将干粉形式的细金属粒子或细金属氧化物粒子与具有较大平均粒子大小的金属粉末均匀混合,达到其中具有较小平均粒子大小的干粉形式的细金属粒子或细金属氧化物粒子紧密地填充在具有较大平均粒子大小的金属粉末粒子之间的空间中的混合状态。结果,对于所制备的烧结制品导体层,以其中具有较大平均粒子大小的金属粉末粒子之间的空间被细金属粒子紧密填充的状态进行烧结,从而细金属粒子熔合至金属粉末的表面,并且形成其中细金属粒子紧密填充的烧结制品结构。更具体地,在形成其中细金属粒子紧密填充以包围所一起使用的金属粉末的烧结制品结构时,降低了细金属粒子烧结制品结构的总体积,并且由于总体积的降低,通过与填充金属粉末粒子之间空间的细金属粒子的烧结制品结构的紧密接触,可以在整个烧结制品导体层中的金属粉末粒子之间形成导电通路。
[0204] 基于最终制备的烧结制品导体层的膜厚度和最小线宽,选择与干粉形式的细金属粒子或细金属氧化物粒子一起使用的具有较大平均粒子大小的金属粉末的平均粒子大小。具体地,为了保持均匀的膜厚度和均匀的图案线宽,优选的是,在烧结制品导体层想要的膜厚度的1/2或更小或其最小线宽的1/5或更小,更优选在想要的膜厚度的1/100至1/5或最小线宽的1/100至1/5的范围内,选择一起使用的具有较大平均粒子大小的金属粉末的平均粒子大小。另一方面,对于通常一起使用的构成金属粉末的金属材料,优选选择与构成所将要使用的干粉形式的细金属粒子或细金属氧化物粒子的金属物种相同的金属物种,或可以通过烧结形成均匀合金的金属物种。此外,至于在制备调色剂粒子时,所一起使用的具有较大平均粒子大小的金属粉末与干粉形式的细金属粒子或细金属氧化物粒子的混合比率,基于具有较大平均粒子大小的金属粉末的总体积100,在至少5,优选10至1000的范围内选择干粉形式的细金属粒子或细金属氧化物粒子的总体积比率。优选的是,基于100质量份干粉形式的细金属粒子或细金属氧化物粒子和一起使用的具有较大平均粒子大小的金属粉末的总量,加入1至20质量份的粘合剂树脂。同时,调色剂粒子的平均粒子大小明显大于一起使用的金属粉末的平均粒子大小,以确保金属粉末与调色剂粒子混合。因此,优选在一起使用的金属粉末的平均粒子大小的2至100倍的范围内选择调色剂粒子的平均粒子大小。
[0205] 即使不使用上述的调色剂用粘合剂树脂,由于本发明干粉形式的细金属粒子或细金属氧化物粒子的表面被覆盖剂分子厚厚地覆盖,也可以将粒子静电粘附于带电的光电导体鼓的表面上。然后通过除去静电荷,可以将干粉形式的细金属粒子或细金属氧化物粒子转印至目标衬底材料的表面上。转印至衬底表面的干粉形式的细金属粒子或细金属氧化物粒子处于叠层状态,并且通过使用轧辊等在加热下加压的压力焊接,将覆盖细金属粒子或细金属氧化物粒子表面的覆盖剂分子部分熔化,并且也可以将处于熔化状态下的覆盖剂分子固定至衬底表面上。用于实现覆盖剂分子的熔化和覆盖剂分子到衬底表面上的熔合所必须的加热温度是指这样的温度,在该温度下,所使用的覆盖剂分子被部分地分离并且可以形成块体相,并且选择显著低于分离后大部分分子可以气化/蒸发的沸点的温度。用于该方法的加热温度通常在大于等于60℃但小于等于220℃的范围内选择。换言之,在上述的温度范围内,虽然覆盖剂分子在某些部分开始分离,但细粒子的表面可以基本上保持被覆盖剂分子覆盖。另一方面,在加热的同时进行的轧辊的加压中,优选在1kgf/cm至20kgf/cm的范围内选择轧辊的线性压力。在完成固定后,构成涂层的细金属粒子或细金属氧化物粒子进行与在上述含有粘合剂树脂的调色剂粒子的涂层的情况下的还原处理和焙烧处理类似的处理,从而可以形成细金属粒子的烧结制品导体层。
[0206] 在这点上,通过在一系列加热处理后剩余的覆盖剂分子,其在由耐热性树脂膜组成的衬底表面附近凝结,起粘合剂层作用,可以将烧结制品导体层固定到衬底表面上。因此,为了使用电子照相图像印刷方法绘制和固定干粉形式的细金属粒子或细金属氧化物粒子的涂层,并且最终形成固定在衬底表面上的烧结制品导体层,必须的是,即使在焙烧中的还原处理和加热处理之后,所使用的覆盖剂分子也被凝结在衬底表面的附近,并且用作粘合剂层。优选选择的覆盖剂分子的沸点在100℃至300℃范围内,所述的覆盖剂分子通过焙烧中的还原处理和加热处理而部分地气化/蒸发,并且即使在加热温度下也可以主要以液体形式存在。具体地,在本发明干粉形式的细金属粒子或细金属氧化物粒子中,通过下面的方法调节用作覆盖剂的一种或多种化合物的覆盖量:基于100质量份的细金属粒子或细金属氧化物粒子,在总量为5至35质量份的范围内选择覆盖量;并且基于100质量份的烧结制品导体层,在最终得到的固定至衬底表面的烧结制品导体层中剩余的用于覆盖剂的一种或多种化合物的总量优选为1至10质量份。
[0207] 当采用电子照相图像印刷方法时,绘制的精确度取决于用于光受体曝光的精确度和所使用的调色剂粒子的平均粒子大小。由绘制形成的调色剂粒子涂层的层厚度取决于单位面积转印的调色剂粒子的量,并且通常可以调节至调色剂粒子的平均粒子大小的2至100倍。因此,在本发明形成导电布线图的方法中,通过使用电子照相图像印刷方法,可以由等价于1200DPI或更高的绘制精确度和10μm至200μm的调色剂粒子涂层的层厚度,选择条件。
[0208] 在完成上述使用含有细金属氧化物粒子的调色剂粒子绘制布线图之后,例如在图1所示的加热(还原,焙烧)装置中,在具有还原能力的化合物的存在下,在至少从大于等于180℃但小于等于350℃选择的加热温度下,加热布线板,以进行上述的还原处理和焙烧处理,从而通过作为还原剂的具有还原能力的化合物,将表面上的氧化物膜还原。可以用作还原剂的具有还原能力的化合物是指在上述的加热温度下能够将目标金属氧化物还原为金属的化合物,并且可以使用各种化合物,只要它们在上述的加热温度下以具有足够的蒸气压(分压)的蒸气形式存在即可。在可用于本发明的具有还原能力的化合物中,具有还原能力的有机化合物的优选实例包括含有可以通过氧化转变成为桥氧基(=O)或甲酰基(-CHO)的羟基的有机化合物,并且根据需要可以一起使用它们的两种或更多种。特别是,更优选的实例包括含有两个或更多个羟基的有机化合物。可以用于本发明的具有还原能力的有机化合物的具体实例包括:脂族一元醇如甲醇、乙醇、异丙醇(沸点:82.4℃)、2-丁醇和2-己醇,脂族多元醇如1,2-亚乙基二醇、丙二醇(1,2-丙二醇,沸点:187.85℃)、甘油(1,2,3-丙三醇;沸点:290.5℃(分解))、1,2-丁二醇和2,3-丁二醇(内消旋结构,沸点:
181.7℃(742mmHg)),脂环族多元醇如1,2-环己二醇(顺式结构,沸点:116℃(13mmHg)),芳族一元醇如苄醇、1-苯基乙醇、二苯基卡必醇和苯偶姻,和芳族多元醇如氢化苯偶姻(沸点:285℃(730mmHg))。此外,在可以用于本发明中的具有还原能力的化合物中,可以从气相供给的具有还原能力的无机化合物的优选实例包括氢(H2)和肼(N2H4;沸点113.5℃)。
具有还原能力的低沸点有机化合物的实例包括甲醛(HCHO;沸点-19.50℃)。
[0209] 此外,还可以使用,通过在加热处理过程中与体系中剩余的水反应,可以转变成为1,2-二醇化合物的环氧化合物或可以转变成为1,3-二醇化合物的氧杂环丁烷化合物,只要引起反应的水剩下或通过还原反应连续地生成即可。此外,可以将芳族氢醌类如氢醌用作还原剂。利用通过加热下的氧化而将羟基(-OH)转变为桥氧基(=O)或甲酰基(-CHO)的反应,这些含有羟基的有机化合物显示出逐渐将氧化物中的金属还原为低的氧化值的作用。
[0210] 另一方面,优选的是,可以通过蒸发和气化除去反应副产物,所述的副产物衍生自含有羟基的有机化合物,并且是作为通过加热下的氧化将羟基(-OH)转变为桥氧基(=O)或甲酰基(-CHO)的结果而生成的。
[0211] 在还原处理中,从气相供给用作还原剂的具有还原能力的无机化合物或具有还原能力的有机化合物,并且在加热至预定的加热温度的同时,允许化合物作用于细金属氧化物粒子表面,以引起还原。适宜的是,将具有还原能力的无机化合物如氢(H2)或肼(N2H4;沸点113.5℃)以与惰性气体的混合气体形式供给至气氛中,使得气体分子在上述的加热温度下具有适宜的分压。通过其中化合物通过在涂层中的细金属氧化物粒子之间的空间到达涂层的内部的机理,将从气相供给的具有还原能力的无机化合物主要直接引导入整个涂层中。
[0212] 类似地,至于在加热处理过程中存在的具有还原能力的有机化合物,优选的是,在保持分压的同时,将具有还原能力的有机化合物以蒸气的形式供给至用于加热处理的气氛中。由于在上述还原处理中消耗了具有还原能力的有机化合物,必须至少基于在表面上具有金属氧化物膜层的细金属氧化物粒子中含有的将要还原的金属氧化物膜的总量,供给具有还原能力的有机化合物。此外,当将具有还原能力的有机化合物以蒸气形式供给时,必须基于在进行金属氧化物膜还原的加热温度来选择适宜的分压和单位时间所供给的蒸气的适宜量。至于从气相供给的具有还原能力的有机化合物,除了其中化合物通过涂层中细金属氧化物粒子之间的空间到达涂层内部的机理外,其中化合物通过被部分地溶解于涂层中含有的软化或熔化的粘合剂树脂中而到达细金属氧化物粒子的机理也有助于供给过程。
[0213] 此外,在供给蒸气形式的具有还原能力的有机化合物时,优选的是以这样的量以蒸气形式供给化合物,该量使得基于等价于1摩尔在涂层中含有的表面上具有金属氧化物膜层的细金属氧化物粒子的金属物种的总重量,经历氧化的具有还原能力的有机化合物中的羟基(-OH)的比例为1至50摩尔。备选地,优选选择在用于加热处理的气氛中存在的具有还原能力的有机化合物的蒸气压,使其落入100至2000hPa的范围内。
[0214] 此外,优选将用于焙烧用的加热处理的气氛保持为例如惰性气氛体如氮气的气氛,以防止曾经还原的细金属粒子的表面再氧化。
[0215] 应当相应地考虑到所使用的具有还原能力的有机化合物的反应性来选择加热处理的温度,并且优选在小于等于350℃,例如,大于等于180℃并且通常大于等于250℃的范围内选择。调节和确定该温度,使得将该温度保持在适宜于在设备中安置的印刷板材料的耐热性的范围内,即,小于等于300℃,例如,180℃至300℃。尽管取决于上述预设的温度和浓度、还原剂的蒸气压和反应性,但是,可以在1分钟至1小时,优选5分钟至30分钟的范围内选择还原和焙烧的时间。预设的温度和时间是考虑到覆盖细金属氧化物粒子表面的金属氧化物膜层的厚度及还原该金属氧化物膜层所需要的时间而相应地选择的。
[0216] 为了使用含有细粒子的调色剂粒子通过电子照相图像印刷方法来绘制布线图,可以绘制的布线图的最小线宽为10μm至200μm,实际上为20μm至100μm,并且相应的最小线间距为10μm至200μm,实际上为20μm至100μm。在此范围内,可以达到均匀的线宽和良好的再现性。此外,所得到的布线层是在界面处没有氧化物膜的细金属粒子的烧结-6制品层,并且在上述最小线宽处的体积电阻率可以为30×10 Ω·cm或更低,并且在多数情-6
况下,为10×10 Ω·cm或更低,从而得到良好的导电性能。当使用绘制的电子照相图像印刷方法,可以形成的导体薄膜可以具有在7μm至150μm,实际上10μm至100μm的范围内选择的平均膜厚度,并且可以高再现性地得到良好的表面平坦度和膜厚度的均匀性。
[0217] 由于根据本发明第一实施方案干粉形式的细金属粒子或细金属氧化物粒子具有它们可以以处于良好分散状态的极细粒子的形式使用的优点,因此,可以将粒子通过再次均匀地分散在具有高沸点的分散溶剂中,而用于例如制备调节至适宜分散液浓度和液体粘度的细金属粒子分散液或细金属氧化物粒子分散液。例如,当使用细金属粒子分散液或细金属氧化物粒子分散液形成超细布线图时,需要制备将要使用的具有适宜于绘制方法的液体粘度的分散液。具体地,当使用丝网印刷时,为了将绘制后的模糊抑制在可接受的范围内,适宜的是,将分散液的液体粘度调节为50至200Pa·s(25℃)。另一方面,当使用喷墨印刷时,为了能够通过具有小的孔径的出口而喷射适宜的细液滴,适宜的是,将分散液的液体粘度调节为5至30mPa·s(25℃)。
[0218] 此外,在使用丝网印刷和喷墨印刷的两种情况下,当液体粘度由于所使用的分散溶剂从用于印刷的分散液中迅速蒸发而提高时,变得难以保持均匀的绘制精确度。换言之,适宜的是使用具有低蒸气压的分散溶剂,可以将其从含有它的用于印刷的分散液中的蒸发量保持小。更具体地,适宜的是分散液含有具有至少100℃或更高,优选150℃或更高的高沸点的分散溶剂。另一方面,当使用细金属粒子分散液或细金属氧化物粒子分散液形成超细布线图时,在加热分散液涂层的过程中,分散溶剂蒸发并且细金属氧化物粒子还原,最后,完成细金属粒子的烧结。因此,适宜的是所使用的分散溶剂在上述的加热处理中的温度下可以迅速蒸发,并且其沸点至多为300℃或更低,优选250℃或更低。
[0219] 如上所述,对于根据本发明第一实施方案的细金属粒子分散液,将其表面覆盖有一种或多种含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团作为能够与细金属粒子中含有的金属元素形成配位键的基团的化合物的细金属粒子一次形成为根据本发明第一实施方案的干粉形式的细金属粒子,然后在提供具有适宜液体粘度的分散液的分散液浓度下,分散在适宜于想要应用的分散溶剂中。例如,当将丝网印刷用于绘制细布线图时,优选的是将沸点大于等于100℃但小于等于300℃的高沸点溶剂用作用于再分散根据本发明第一实施方案的干粉形式的细金属粒子的分散溶剂,并且基于100质量份的细金属粒子,在3至25质量份,优选5至20质量份的范围内选择分散溶剂的含量,从而在50至200Pa·s(25℃)的范围内调节将要得到的细金属粒子分散液的粘度,得到膏形式的金属粒子分散液。备选地,当将丝网印刷用于绘制细布线图时,优选的是将沸点大于等于100℃但小于等于300℃的高沸点溶剂用作用于再分散根据本发明第一实施方案的干粉形式的细金属氧化物粒子的分散溶剂,并且基于100质量份的细金属氧化物粒子,在3至25质量份,优选3至15质量份的范围内选择分散溶剂的含量,从而在50至200Pa·s(25℃)的范围内调节将要得到的细金属氧化物粒子分散液的粘度,得到膏形式的金属氧化物粒子分散液。
[0220] 另一方面,当将喷墨印刷用于绘制细布线图时,优选的是将沸点大于等于100℃但小于等于300℃的高沸点溶剂用作用于再分散根据本发明第一实施方案的干粉形式的细金属粒子的分散溶剂,并且基于100质量份的细金属粒子,在30至80质量份,优选40至80质量份的范围内选择分散溶剂的含量,从而将即将得到的细金属粒子分散液的粘度调节到5至30mPa·s(25℃),得到高流动性金属粒子分散液。备选地,当将喷墨印刷用于绘制细布线图时,优选的是将沸点大于等于100℃但小于等于300℃的高沸点溶剂用作用于再分散根据本发明第一实施方案的干粉形式的细金属氧化物粒子的分散溶剂,并且基于100质量份的细金属氧化物粒子,在30至70质量份,优选40至65质量份的范围内选择分散溶剂的含量,从而在将即将得到的细金属氧化物粒子分散液的粘度调节到5至30mPa·s(25℃),得到高流动性金属氧化物粒子分散液。
[0221] 在根据本发明第一实施方案的干粉形式的细金属粒子或干粉形式的细金属氧化物粒子中,在制备方法中,可以用另一种覆盖剂用化合物交换用于原料分散液中含有的具有表面覆盖层的细金属粒子和具有表面覆盖层的细金属氧化物粒子的覆盖剂用化合物。此外,当通过再分散根据本发明第一实施方案的干粉形式的细金属粒子或干粉形式的细金属氧化物粒子而制备分散液时,可以使用与已经用于原料分散液的分散溶剂不同的分散溶剂。因而,通过改变覆盖剂用化合物和选择再分散溶剂,可以使用于分散液中含有的具有表面覆盖层的细金属粒子或具有表面覆盖层的细金属氧化物粒子的覆盖剂用化合物的种类和覆盖量对于用于再分散的分散溶剂达到最优,所述的分散液是通过再分散根据本发明第一实施方案的干粉形式的细金属粒子或干粉形式的细金属氧化物粒子而得到的。
[0222] 当将用于原料分散液中含有的具有表面覆盖层的细金属粒子或具有表面覆盖层的细金属氧化物粒子的覆盖剂用化合物改变为另一种覆盖剂用化合物时,优选用作其它的覆盖剂用化合物的是:二胺类,包括在氨基上含有烷基取代基的二胺化合物,如二丁基氨基丙胺和双-(2-乙基己基)氨基丙胺,羟胺类,包括含有O-烷基取代基的羟胺化合物,如丁氧基丙胺和2-乙基己氧基丙胺,和含有支链烷基的一元胺,如双-2-乙基己胺和2-乙基己胺。例如,从含有直链烷基的胺改变为含有支链烷基的胺,从一烷基胺改变为二烷基胺或从一元胺改变为上述的二胺或羟胺是适宜的。适宜的是,在改变为上述的其它覆盖剂用化合物后,优选使用沸点为200℃至300℃的非极性或低极性溶剂作为再分散用的溶剂来制备分散液。在这点上,对于可以用作再分散用溶剂的沸点为200℃至300℃的非极性或低极性溶剂,优选选择例如,含有12至18个碳原子并且包含长链烷烃的饱和烃,如十四烷(沸点253.57℃),或含有9至16个碳原子并且包含长链烷醇的羟基取代的饱和烃,如1-癸醇(沸点233℃)。
[0223] 此外,在本发明形成导电布线图的方法中,除了上述的干式涂覆方法或电子照相图像印刷方法外,还可以将使用丝网印刷或喷墨印刷的技术用于绘制上述的细布线图。更具体地,在通过使用根据本发明第一实施方案的适宜于丝网印刷的膏形式的细金属粒子分散液或根据本发明第一实施方案的适宜于喷墨印刷的高流动性细金属粒子分散液而形成具有所需布线图的细金属粒子分散液涂层后,在不高于350℃的温度进行加热处理。由此加热处理,可以蒸发和除去在细金属粒子分散液涂层中含有的高沸点溶剂,同时,将在细金属粒子分散液涂层中含有的细金属粒子烧结。具体地,通过焙烧处理中的加热,将覆盖细金属粒子表面的含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物与细金属粒子表面分离,从而允许细金属粒子的表面接触,由此将细金属粒子烧结,并且形成具有良好导电性的细金属粒子的烧结制品层。
[0224] 此外,在通过使用根据本发明第一实施方案的适宜于丝网印刷的膏形式的细金属氧化物粒子分散液或根据本发明第一实施方案的适宜于喷墨印刷的高流动性细金属氧化物粒子分散液而形成具有所需布线图的细金属氧化物粒子分散液涂层后,在不高于350℃的温度下,在还原气氛中进行加热处理。由在还原气氛中的加热处理,蒸发和除去在细金属氧化物粒子分散液涂层中含有的高沸点溶剂,并且允许具有还原能力的化合物的液体、气体或蒸气作用于涂层中含有的细金属氧化物粒子,以还原细金属氧化物粒子的表面,从而转变成为相应的细金属粒子。具体地,通过此加热处理,将覆盖细金属氧化物粒子表面的含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物与细金属氧化物粒子表面分离,并且随着化合物与在涂层中含有的高沸点溶剂一起蒸发的进行,达到在还原处理中再生的细金属粒子的表面接触,从而将细金属粒子烧结。
[0225] 在根据本发明第一实施方案的细金属氧化物粒子分散液中,优选将可以用作细金属氧化物粒子还原处理中的还原剂的高沸点溶剂用作用于再分散的分散溶剂。例如,在上述的可以用于本发明细金属氧化物粒子还原的具有还原能力的化合物中,可以使用含有羟基的化合物,该羟基可以通过氧化可以转变为桥氧基(=O)或甲酰基(-CHO),所述的化合物可以作用具有高沸点的分散溶剂,其是作为具有还原能力的有机化合物的优选实例而描述的。例如,可以优选使用沸点大于等于100℃但小于等于300℃的脂肪醇,特别是含有4至14个碳原子的长链醇,如1-癸醇(熔点6.88℃,沸点232℃)。通常不宜将可以容易地溶解覆盖细金属氧化物粒子表面的含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物的极性溶剂作为再分散溶剂,即使该溶剂具有在想要范围内的沸点。
[0226] 另一方面,同样在根据本发明第一实施方案的细金属氧化物粒子分散液中,通常不宜将可以容易地溶解覆盖细金属粒子表面的含有含氮原子、氧原子或硫原子的基团的化合物的极性溶剂作为再分散溶剂,即使该溶剂具有在想要范围内的沸点。因此,可以优选使用沸点大于等于100℃但小于等于300℃的非极性溶剂,例如,链烃溶剂,如十四烷(熔点5.86℃,沸点253.57℃)和可商购溶剂如AF7(沸点259至282℃,获自Nippon OilCorporation)和萜品醇(沸点217至218℃)。
[0227] 在本发明的形成导电布线图的方法中,通过采用用于绘制细布线图的丝网印刷或喷墨印刷的技术,可高再现性地绘制的细布线图的最小线宽/间距在丝网印刷和喷墨印刷中是不同的。当采用丝网印刷时,适宜的是,在5μm至30μm的范围内选择将要涂覆的膏分散液的涂膜厚度,并且相应的可高再现性地绘制的细布线图的最小线宽/间距在20μm/20μm至500μm/500μm的范围内。当采用喷墨印刷时,将高流动性分散液的细液滴以点的形式施用,并且将点状涂层重叠,构成涂膜厚度的整个绘制形状。因此,绘制的精确度取决于细液滴的点形状,例如,点直径。通常,在采用喷墨印刷时,可在良好尺寸精确度和高再现性下绘制的细布线图的最小线宽/间距在1μm/1μm至500μm/500μm的范围内。
另一方面,由重叠的点状涂层形成的涂膜厚度在2μm至30μm的范围内。由喷墨印刷形成的分散液的涂膜含有大量的分散溶剂。分散溶剂最后蒸发,并且将要形成的烧结制品层的膜厚度通常约为分散液涂膜的膜厚度的1/5至1/20。
[0228] [实施例]
[0229] 下面,参考实施例更详细地描述本发明。尽管这些实施例举例说明本发明的最佳方式,但本发明不受这些实施例的限制。
[0230] (实施例1)
[0231] 根据下面的程序,由细银粒子分散液制备干粉形式的细银粒子。
[0232] 作为细银粒子用的原料,使用可商购超细银粒子分散液(产品名称:Independently Dispersed Ultrafine Particles Ag1T,获自Vacuum MetallurgicalCo.,Ltd),具体地,含有35质量份的超细银粒子、7质量份作为烷基胺的十二烷胺(分子量
185.36,沸点248℃)和58质量份作为有机溶剂的甲苯的平均粒子大小为3nm的细银粒子的分散液。
[0233] 将500g的超细银粒子分散液Ag1T(含有35重量%的Ag)和87.5g(50重量%,基于Ag的固体含量)的二丁基氨基丙胺(沸点238℃,获自KOEICHEMICAL CO.,LTD.)放置于1L圆底烧瓶中并且混合,并且将混合物在搅拌下于80℃加热1小时。在搅拌完成后,通过真空浓缩去除在Ag1T中含有的溶剂甲苯。
[0234] 将溶剂从其中去除的混合物转移至2L烧杯中,并且向其中加入1,000g的极性溶剂:甲醇。将混合物于室温搅拌3分钟,然后放置。在上述过程中,当加入甲醇并且将混合物搅拌和放置时,细银粒子沉积在烧杯的底部。另一方面,在混合物中含有的多余的有机组分被溶解在上清液中,得到褐色的甲醇溶液。在去除上清液层后,再将800g的甲醇加入至沉积物中,并且将混合物搅拌和放置。在细银粒子沉积后,去除甲醇上清液层。在观察上清液甲醇层的着色状态的同时,再将500g的甲醇加入至沉积物中,并且重复相同的程序。接着,将300g的甲醇加入至沉积物中,并且在将混合物搅拌和放置时,在上清液甲醇层的视觉观察中不再发现着色。在去除上清液甲醇层后,使在烧杯底部沉积的细银粒子中保留的甲醇溶液挥发,并且在干燥沉积物时,得到蓝色细粉。在此干粉中,上述胺化合物以覆盖层的形式保留在细银粒子表面上,该覆盖层是一种单分子层,同时通过使用甲醇洗涤去除过量的胺化合物。该干粉含有82质量%的细银粒子和总共为18质量%作为表面覆盖层的胺化合物。
[0235] 换言之,得到的干粉是银的细粒(密度:10.500g/cm3),其表面覆盖有二丁基氨基3
丙胺(密度:0.827g/cm),其是平均粒子大小为3nm的细银粒子,在其表面上形成了平均厚度为1.7nm的二丁基氨基丙胺覆盖层。
[0236] (实施例2)
[0237] 根据下面的程序,由细金粒子分散液制备干粉形式的细金粒子。
[0238] 作为细金粒子用的原料,使用可商购超细金粒子分散液(产品名称:Independently Dispersed Ultrafine Particles Au1T,获自Vacuum MetallurgicalCo.,Ltd),具体地,含有30质量份的超细金粒子、7质量份作为烷基胺的十二烷胺(分子量
185.36,沸点248℃)和63质量份作为有机溶剂的甲苯的平均粒子大小为5nm的细金粒子的分散液。
[0239] 将300g的超细金粒子分散液Au1T(含有30重量%的Au)和45g(50重量%,基于Au的固体含量)的2-乙基己胺(沸点169℃,获自KOEICHEMICAL CO.,LTD.)放置于1L圆底烧瓶中并且混合,并且将混合物在搅拌下于80℃加热1小时。在搅拌完成后,通过真空浓缩去除在Au1T中含有的溶剂甲苯。
[0240] 将溶剂从其中去除的混合物转移至2L烧杯中,并且向其中加入600g的极性溶剂:乙腈。将混合物于室温搅拌3分钟,然后放置。当加入乙腈并且将混合物搅拌和放置时,细金粒子沉积在烧杯的底部。另一方面,在混合物中含有的多余的有机组分被溶解在上清液中,得到褐色的乙腈溶液。在去除上清液层后,再将500g的乙腈加入至沉积物中,并且将混合物搅拌和放置。在细金粒子沉积后,去除乙腈上清液层。在观察上清液乙腈层的着色状态的同时,再将400g的乙腈加入至沉积物中,并且重复相同的程序。接着,将300g的乙腈加入至沉积物中,并且在将混合物搅拌和放置时,在上清液乙腈层的视觉观察中不再发现着色。
[0241] 在去除上清液乙腈层后,使在烧杯底部沉积的细金粒子中保留的乙腈溶液挥发,并且在干燥沉积物时,得到微黑的褐色细粉。在此干粉中,上述胺化合物以覆盖层的形式保留在金细粒表面上,该覆盖层是一种单分子层,同时通过使用乙腈洗涤去除过量的胺化合物。该干粉含有90质量%的细金粒子和总共为10质量%作为表面覆盖层的胺化合物。
[0242] 换言之,得到的干粉是金的细粒(密度:19.300g/cm3),其表面覆盖有2-乙基己胺3
(密度:0.789g/cm),其是平均粒子大小为5nm的细金粒子,在其表面上形成了平均厚度为
2.7nm的2-乙基己胺覆盖层。
[0243] (实施例3)
[0244] 根据下面的程序,由细氧化铜粒子形式的细铜粒子分散液制备干粉形式的细氧化铜粒子。
[0245] 作为细铜粒子用的原料,使用可商购超细铜粒子分散液(产品名称:Independently Dispersed Ultrafine Particles Cu1T,获自Vacuum MetallurgicalCo.,Ltd),具体地,含有30质量份的超细铜粒子、7质量份作为烷基胺的十二烷胺(分子量
185.36,沸点248℃)和63质量份作为有机溶剂的甲苯的平均粒子大小为5nm的细铜粒子的分散液。该细铜粒子为在表面上具有氧化物膜的细氧化铜粒子形式。
[0246] 将1000g的超细铜粒子分散液Cu1T(含有30重量%的Cu)和150.0g(50重量%,基于Cu的固体含量)的2-乙基己胺(沸点169℃,获自KOEICHEMICAL CO.,LTD.)放置于1L圆底烧瓶中并且混合,并且将混合物在搅拌下于80℃加热1小时。在搅拌完成后,通过真空浓缩去除在Cu1T中含有的溶剂甲苯。
[0247] 将溶剂从其中去除的混合物转移至2L烧杯中,并且向其中加入1,000g的极性溶剂:甲醇。将混合物于室温搅拌3分钟,然后放置。在上述过程中,当加入甲醇并且将混合物搅拌和放置时,细氧化铜粒子沉积在烧杯的底部。另一方面,在混合物中含有的多余的有机组分被溶解在上清液中,得到褐色的甲醇溶液。在去除上清液层后,再将800g的甲醇加入至沉积物中,并且将混合物搅拌和放置。在细氧化铜粒子沉积后,去除甲醇上清液层。在观察上清液甲醇层的着色状态的同时,再将500g的甲醇加入至沉积物中,并且重复相同的程序。接着,将300g的甲醇加入至在上一步骤中得到的沉积物中,并且在将混合物搅拌和放置时,在上清液甲醇层的视觉观察中不再发现着色。在去除上清液甲醇层后,使在烧杯底部沉积的细氧化铜粒子中保留的甲醇溶液挥发,并且在干燥沉积物时,得到黑色细粉。该干粉含有81质量%的细氧化铜粒子。上述胺化合物以覆盖层的形式保留在细粒子的表面上,该覆盖层是一种单分子层。基于全部的干粉,保留的胺化合物的总量为19质量%。
[0248] 换言之,得到的干粉是氧化铜的细粒子(密度:6.315g/cm3),其表面覆盖有2-乙3
基己胺(密度:0.789g/cm),其是平均粒子大小为5nm的细氧化铜粒子,在其表面上形成了平均厚度为2.1nm的2-乙基己胺覆盖层。
[0249] (实施例4)
[0250] 根据下面的程序,由细银粒子分散液制备干粉形式的细银粒子。
[0251] 作为细银粒子用的原料,使用可商购超细银粒子分散液(产品名称:Independently Dispersed Ultrafine Particles Ag1T,获自Vacuum MetallurgicalCo.,Ltd),具体地,含有35质量份的超细银粒子、7质量份作为烷基胺的十二烷胺(分子量
185.36,沸点248℃)和58质量份作为有机溶剂的甲苯的平均粒子大小为3nm的细银粒子的分散液。
[0252] 将500g的超细银粒子分散液Ag1T(含有35重量%的Ag)和350g(200重量%,基于Ag的固体含量)的肉豆蔻酸(沸点248.7℃(100mmHg),分子量228.38)放置于1L圆底烧瓶中并且混合,并且将混合物在搅拌下于80℃加热1小时。在搅拌完成后,通过真空浓缩去除在Ag1T中含有的溶剂甲苯。
[0253] 将溶剂从其中去除的混合物转移至2L烧杯中,并且向其中加入1,000g的极性溶剂:丙酮。将混合物于室温搅拌3分钟,然后放置。在上述过程中,当加入丙酮并且将混合物搅拌和放置时,细银粒子沉积在烧杯的底部。另一方面,在混合物中含有的多余的有机组分被溶解在上清液中,得到褐色的丙酮溶液。在去除上清液层后,再将800g的丙酮加入至沉积物中,并且将混合物搅拌和放置。在细银粒子沉积后,去除丙酮上清液层。在观察上清液丙酮层的着色状态的同时,再将500g的丙酮加入至沉积物中,并且重复相同的程序。接着,将300g的丙酮加入至沉积物中,并且在将混合物搅拌和放置时,在上清液丙酮层的视觉观察中不再发现着色。在去除上清液丙酮层后,使在烧杯底部沉积的细银粒子中保留的丙酮溶液挥发,并且在干燥沉积物时,得到蓝色细粉。在此干粉中,上述肉豆蔻酸以覆盖层的形式保留在细银粒子的表面上,该覆盖层是一种单分子层,同时通过使用丙酮洗涤去除源自原始涂层分子的胺化合物过量的肉豆蔻酸。该干粉含有84质量%的细银粒子和总共为16质量%作为表面覆盖层的肉豆蔻酸。
[0254] (比较例1)
[0255] 制备与从其中去除了溶剂甲苯的实施例1的混合物等价的膏形式的细银粒子混合物。
[0256] 作为细银粒子原料,使用具有与实施例1中相同组成的超细银粒子分散液(产品名称:Independently Dispersed Ultrafine Particles Ag1T,获自Vacuum Metallurgical Co.,Ltd)。
[0257] 将500g的超细银粒子分散液Ag1T(含有35重量%的Ag)和87.5g(50重量%,基于Ag的固体含量)的二丁基氨基丙胺(沸点238℃,获自KOEICHEMICAL CO.,LTD.)放置于1L圆底烧瓶中并且混合,并且将混合物在搅拌下于80℃加热1小时。在搅拌完成后,通过真空浓缩去除在Ag1T中含有的溶剂甲苯。
[0258] 在此阶段,混合物为浅蓝的褐色膏,其中加入的二丁基氨基丙胺和十二烷胺得以保留。该膏形式的混合物含有59质量%的细银粒子和总量为41质量%的上述胺化合物。
[0259] (实施例5)
[0260] 通过下面的程序制备含有干粉形式的细银粒子的调色剂粒子。
[0261] 将2.0g用于打印机调色剂的苯乙烯-丙烯酸树脂与100g在实施例1的条件下制备的干粉形式的细银粒子中的每一种,以制备平均粒子大小为1μm的调色剂粒子,其含有细银粒子作为芯体粒子,并且其中芯体粒子被包围在构成粘合剂树脂层的苯乙烯-丙烯酸树脂中。用作调色剂用粘合剂树脂的上述苯乙烯-丙烯酸树脂的软化点为135℃。
[0262] 使用电子照相复印机,将调色剂粒子转印至膜形状的聚酰亚胺衬底的表面上,以形成所需电路图案的调色剂图像。在电子照相绘制中,将光电导体鼓充电至负极性,以与将绘制的电路图案相匹配,并且通过在光电导体鼓表面上进行负或正型曝光,形成与电路图案相对应的静电潜像。然后,调色剂粒子被静电地粘附于静电潜像,并且对该静电潜像进行显影,以形成调色剂图像。在转印步骤中,采用通过静电消除而将调色剂图像转印至膜形状的聚酰亚胺衬底表面上的系统。在将调色剂粒子转印至膜形状的聚酰亚胺衬底表面上之后,为了进行固定处理,通过在辊的线性压力为5kgf/cm和温度为180℃的条件下的加热,压接调色剂粒子。转印/固定的调色剂图像的平均调色剂层厚度为10μm。
[0263] 通过对用粘合剂树脂层固定到膜形状的聚酰亚胺衬底表面上的调色剂图像在250℃进行加热处理1小时,将在调色剂粒子中含有的细银粒子焙烧,形成银导体层,得到平均膜厚度为10μm的导体电路图案。该银导体层的体积电阻率为10.1μΩ·cm。
[0264] (实施例6)
[0265] 通过下面的程序制备含有干粉形式的细氧化铜粒子的调色剂粒子。
[0266] 将1.2g用于打印机调色剂的苯乙烯-丙烯酸树脂与100g在实施例3的条件下制备的干粉形式的细氧化铜粒子中的每一种混合,以制备平均粒子大小为1μm的调色剂粒子,其含有细氧化铜粒子作为芯体粒子,并且其中芯体粒子被包围在构成粘合剂树脂层的苯乙烯-丙烯酸树脂中。用作调色剂用粘合剂树脂的上述苯乙烯-丙烯酸树脂的软化点为135℃。
[0267] 使用电子照相复印机,将调色剂粒子转印至膜形状的聚酰亚胺衬底的表面上,以形成所需电路图案的调色剂图像。在电子照相绘制中,将光电导体鼓充电至负极性,以与将绘制的电路图案相匹配,并且通过在光电导体鼓表面上进行负或正型曝光,形成与电路图案相对应的静电潜像。然后,调色剂粒子被静电地粘附于静电潜像,并且对该静电潜像进行显影,以形成调色剂图像。在转印步骤中,采用通过静电消除而将调色剂图像转印至膜形状的聚酰亚胺衬底表面上的系统。在将调色剂粒子转印至膜形状的聚酰亚胺衬底表面上之后,为了进行固定处理,通过在辊的线性压力为5kgf/cm和温度为180℃的条件下的加热,压接调色剂粒子。转印/固定的调色剂图像的平均调色剂层厚度为10μm。
[0268] 在第一处理中,将用粘合剂树脂层固定到膜形状的聚酰亚胺衬底表面上的调色剂图像面向上地放置于预热至300℃的电热板上的预定位置处,所述的电热板被放置于图1所示的气密室中。将甘油蒸气和氮的混合气体(甘油蒸气∶氮的混合比率=20体积%∶80体积%)通过用于气体的进口5引入至气密室中,在将所述的气体喷射至调色剂粒子的涂层表面的条件下,在含有具有还原能力的甘油蒸气的气氛(甘油蒸气的分压:200hPa)下,于300℃进行加热5分钟。采用此在还原气氛中的加热处理(第一处理),将在调色剂粒子中含有的细氧化铜粒子的表面氧化膜还原,得到细铜粒子。在用氮气载气将在其平衡蒸气压下加热至300℃的甘油蒸气稀释后,将甘油蒸气/氮混合气体引入至上述组合物中。
[0269] 然后,采用在300℃的继续加热,进行重复氧化/再还原循环5次的第二处理,包括:通过将干空气(氧分子∶氮分子混合比率=20体积%∶80体积%)喷射至表面10秒而氧化金属的表面,并且通过将上述的甘油/氮混合气体代替干空气喷射至表面,并且保持该衬底在含有具有还原能力的甘油蒸气的气氛中2分50秒而再还原金属表面。在持续地进行上述第一和第二处理后,在将甘油蒸气/氮混合气体喷射至表面的条件下,将衬底放置并且冷却至室温。预先将水分从上述的干空气中去除。
[0270] 通过上述的系列处理,细铜粒子通过细氧化铜粒子的还原而再生,并且焙烧,形成铜导体层,得到平均膜厚度为8μm的导体电路图案。该铜导体层的体积电阻率为13.2μΩ·cm。
[0271] (实施例6-1)
[0272] 通过下面的程序,将调色剂图像进行还原,并且焙烧细铜粒子,以制备铜导体层,所述的调色剂图像是通过将在实施例6中所述条件下制备的含有干粉形式的细氧化铜粒子的调节剂粒子转印和固定而得到的。
[0273] 将用粘合剂树脂层固定到膜形状的聚酰亚胺衬底表面上的调色剂图像面向上地放置于预热至300℃的电热板上的预定位置处,所述的电热板被放置于图1所示的气密室中。将甘油蒸气和氮的混合气体(甘油蒸气∶氮的混合比率=20体积%∶80体积%)通过用于气体的进口5引入至气密室中,在将所述的气体喷射至调色剂粒子的涂层表面的条件下,在含有具有还原能力的甘油蒸气的气氛(甘油蒸气的分压:200hPa)下,于300℃进行加热15分钟。在还原气氛中的此加热处理的过程中,将在调色剂粒子中含有的细氧化铜粒子的表面氧化膜还原,得到细铜粒子,由此进行细铜粒子的烧结。在15分钟的加热处理后,让衬底冷却到室温同时喷射甘油蒸气/氮混合气体。
[0274] 在用氮气载气将在其平衡蒸气压下加热至300℃的甘油蒸气稀释后,将甘油蒸气/氮混合气体引入至上述组合物中。
[0275] 通过上述的系列处理,细铜粒子通过细氧化铜粒子的还原而再生,并且焙烧,形成铜导体层,得到平均膜厚度为8μm的导体电路图案。该铜导体层的体积电阻率为15.0μΩ·cm。
[0276] 由实施例6-1的技术得到的铜导体层的体积电阻率比得上由实施例6的技术得到的铜导体层的体积电阻率,在实施例6中,在还原后,在重复氧化/再还原循环的同时形成铜导体层。
[0277] (实施例7)
[0278] 通过下面的程序制备含有干粉形式的细氧化铜粒子和铜粉的调色剂粒子。
[0279] 将1.6g用于打印机调色剂的苯乙烯-丙烯酸树脂与30g在实施例3的条件下制备的干粉形式的细氧化铜粒子和70g获自MITSUI MINING ANDSMELTING CO.LTD.的雾化铜粉1100Y(平均粒子大小0.9μm)的混合粉末混合,以制备平均粒子大小为6μm的调色剂粒子,其含有铜粉和细氧化铜粒子作为芯体粒子,并且其中芯体粒子被包围在构成粘合剂树脂层的苯乙烯-丙烯酸树脂中。用作调色剂用粘合剂树脂的上述苯乙烯-丙烯酸树脂的软化点为135℃。
[0280] 使用电子照相复印机,将调色剂粒子转印至膜形状的聚酰亚胺衬底的表面上,以形成所需电路图案的调色剂图像。在电子照相绘制中,将光电导体鼓充电至负极性,以与将绘制的电路图案相匹配,并且通过在光电导体鼓表面上进行负或正型曝光,形成与电路图案相对应的静电潜像。然后,调色剂粒子被静电地粘附于静电潜像,并且对该静电潜像进行显影,以形成调色剂图像。在转印步骤中,采用通过静电消除而将调色剂图像转印至膜形状的聚酰亚胺衬底表面上的系统。在将调色剂粒子转印至膜形状的聚酰亚胺衬底表面上之后,为了进行固定处理,通过在辊的线性压力为5kgf/cm和温度为180℃的条件下的加热,压接调色剂粒子。转印/固定的调色剂图像的平均调色剂层厚度为15μm。
[0281] 在第一处理中,将用粘合剂树脂层固定到膜形状的聚酰亚胺衬底表面上的调色剂图像面向上地放置于预热至300℃的电热板上的预定位置处,所述的电热板被放置于图1所示的气密室中。将甘油蒸气和氮的混合气体(甘油蒸气∶氮的混合比率=20体积%∶80体积%)通过用于气体的进口5引入至气密室中,在将所述的气体喷射至调色剂粒子涂层表面的条件下,在含有具有还原能力的甘油蒸气的气氛(甘油蒸气的分压:200hPa)下,于300℃进行加热5分钟。采用此在还原气氛中的加热处理(第一处理),将在调色剂粒子中含有的细氧化铜粒子的表面氧化膜还原,得到细铜粒子。在用氮气载气将在其平衡蒸气压下加热至300℃的甘油蒸气稀释后,将甘油蒸气/氮混合气体引入至上述组合物中。
[0282] 然后,采用在300℃的继续加热,进行重复氧化/再还原循环5次的第二处理,包括:通过将干空气(氧分子∶氮分子混合比率=20体积%∶80体积%)喷射至表面10秒而氧化金属的表面,并且通过将上述的甘油蒸气/氮混合气体代替干空气喷射至表面并且保持该衬底在含有具有还原能力的甘油蒸气的气氛中2分50秒而再还原金属表面。在持续地进行上述第一和第二处理后,在将甘油蒸气/氮混合气体喷射至表面的条件下,将衬底放置并且冷却至室温。预先将水分从上述的干空气中去除。
[0283] 通过上述的系列处理,细铜粒子通过细氧化铜粒子的还原而再生,并且焙烧加入的铜粉和细铜粒子,形成铜导体层,其中铜粉和细铜粒子完全成为一体,得到平均膜厚度为15μm的导体电路图案。该铜导体层的体积电阻率为15.8μΩ·cm。
[0284] (实施例8)
[0285] 使用电子照相复印机,将在实施例1中的条件下制备的平均粒子大小为3nm的干粉形式的细银粒子用作调色剂粒子并且直接转印至膜形状的聚酰亚胺衬底的表面上,以形成所需电路图案的调色剂图像。在电子照相绘制中,将光电导体鼓充电至负极性,以与将绘制的电路图案相匹配,并且通过在光电导体鼓表面上进行负或正型曝光,形成与电路图案相对应的静电潜像。然后,调色剂粒子被静电地粘附于静电潜像,并且对该潜像进行显影,以形成调色剂图像。在转印步骤中,采用通过静电消除而将调色剂图像转印至膜形状的聚酰亚胺衬底表面上的系统。在将调色剂粒子转印至膜形状的聚酰亚胺衬底表面上之后,为了进行固定处理,通过在辊的线性压力为5kgf/cm和温度为180℃的条件下的加热,压接调色剂粒子。转印/固定的调色剂图像的平均调色剂层厚度为10μm。
[0286] 通过对固定到膜形状的聚酰亚胺衬底表面的调色剂图像在250℃进行加热处理1小时,焙烧在固定的调色剂层中含有的细银粒子并且形成银导体层,得到平均膜厚度为
10μm的导体电路图案。该银导体层的体积电阻率为3.7μΩ·cm。
[0287] (实施例9)
[0288] 使用电子照相复印机,将在实施例3中的条件下制备的平均粒子大小为5nm的于粉形式的氧化铜粒子用作调色剂粒子并且直接转印至膜形状的聚酰亚胺衬底的表面上,以形成所需电路图案的调色剂图像。在电子照相绘制中,将光电导体鼓充电至负极性,以与将绘制的电路图案相匹配,并且通过在光电导体鼓表面上进行负或正型曝光,形成与电路图案相对应的静电潜像。然后,调色剂粒子被静电地粘附于静电潜像,并且对该潜像进行显影,以形成调色剂图像。在转印步骤中,采用通过静电消除而将调色剂图像转印至膜形状的聚酰亚胺衬底表面上的系统。在将调色剂粒子转印至膜形状的聚酰亚胺衬底表面上之后,为了进行固定处理,通过在辊的线性压力为5kgf/cm和温度为180℃的条件下的加热,压接调色剂粒子。转印/固定的调色剂图像的平均调色剂层厚度为10μm。
[0289] 在第一处理中,将由固定到膜形状的聚酰亚胺衬底表面上的干粉形式的氧化铜粒子组成的调色剂图像面向上地放置于预热至300℃的电热板上的预定位置处,所述的电热板被放置于图1所示的气密室中。将甘油蒸气和氮的混合气体(甘油蒸气∶氮的混合比率=20体积%∶80体积%)通过用于气体的进口5引入至气密室中,在将所述的气体喷射至涂层表面的条件下,在含有具有还原能力的甘油蒸气的气氛(甘油蒸气的分压:200hPa)下,于300℃进行加热5分钟。采用此在还原气氛中的加热处理(第一处理),将在涂层中含有的细氧化铜粒子的表面氧化膜还原,得到细铜粒子。在用氮气载气将在其平衡蒸气压下加热至300℃的甘油蒸气稀释后,将甘油蒸气/氮混合气体引入至上述组合物中。
[0290] 然后,采用在300℃的继续加热,进行重复氧化/再还原循环5次的第二处理,包括:通过将干空气(氧分子∶氮分子混合比率=20体积%:80体积%)喷射至表面10秒而氧化金属表面,并且通过将上述的甘油蒸气/氮混合气体代替干空气喷射至表面并且保持该衬底在含有具有还原能力的甘油蒸气的气氛中2分50秒而再还原金属表面。在持续地进行上述第一和第二处理后,在将甘油蒸气/氮混合气体喷射至表面的条件下,将衬底放置并且冷却至室温。预先将水分从上述的干空气中去除。
[0291] 通过上述的系列处理,细铜粒子通过细氧化铜粒子的还原而再生,并且焙烧再生的细铜粒子,形成完成由细铜粒子的烧结产物组成的铜导体层,得到平均膜厚度为8μm的导体电路图案。该铜导体层的体积电阻率为6.9μΩ·cm。
[0292] (实施例10)
[0293] 通过下面的程序制备含有干粉形式的细银粒子的调色剂粒子,在细银粒子中,将肉豆蔻酸用作涂层分子。
[0294] 将10g用于打印机调色剂的苯乙烯-丙烯酸树脂与100g在实施例4的条件下制备的干粉形式的细银粒子中的每一种混合,以制备平均粒子大小为4μm的调色剂粒子,其含有细银粒子作为芯体粒子,并且其中芯体粒子被包围在构成粘合剂树脂层的苯乙烯-丙烯酸树脂中。用作调色剂用粘合剂树脂的上述苯乙烯-丙烯酸树脂的软化点为135℃。
[0295] 使用电子照相复印机,将调色剂粒子转印至膜形状的聚酰亚胺衬底的表面上,以形成所需电路图案的调色剂图像。在电子照相绘制中,将光电导体鼓充电至负极性,以与将绘制的电路图案相匹配,并且通过在光电导体鼓表面上进行负或正型曝光,形成与电路图案相对应的静电潜像。然后,调色剂粒子被静电地粘附于静电潜像,并且对该潜像进行显影,以形成调色剂图像。在转印步骤中,采用通过静电消除而将调色剂图像转印至膜形状的聚酰亚胺衬底表面上的系统。在将调色剂粒子转印至膜形状的聚酰亚胺衬底表面上之后,为了进行固定处理,通过在辊的线性压力为5kgf/cm和温度为180℃的条件下的加热,压接调色剂粒子。转印/固定的调色剂图像的平均调色剂层厚度为10μm。
[0296] 通过对用粘合剂树脂层固定到膜形状的聚酰亚胺衬底表面的调色剂图像在250℃进行加热处理1小时,焙烧在调色剂粒子中含有的细银粒子并且形成银导体层,得到平均膜厚度为10μm的导体电路图案。该银导体层的体积电阻率为14.4μΩ·cm。
[0297] (实施例11)
[0298] 由下面的程序,使用干粉形式的细银粒子作为原料,制备具有适用于丝网印刷的液体粘度的细银粒子分散液。
[0299] 在用作原料的、在实施例1的条件下制备的干粉形式的细银粒子中,胺化合物是作为用于平均粒子大小为3nm的细银粒子的表面覆盖层存在的,所述的胺化合物除了含有主要组分二丁基氨基丙胺外,还含有少量的次要组分:十二烷胺。实施例11中,由于是在覆盖层存在于表面上的情况下制备其中干粉形式的细银粒子被均匀地分散在分散溶剂1-癸醇中的分散液,所以采用下述的再分散处理。
[0300] 向213.4g在实施例1的条件下制备的干粉形式的细银粒子中,加入11.6g的Kalcol 1098(1-癸醇,熔点6.88℃,沸点232℃,获自KAOCORPORATION)和300g的己烷,并且将混合物于70℃搅拌加热30分钟。通过此搅拌加热,蓝色细粉形式的Ag纳米粒子被再分散在Kalcol和己烷的混合溶剂中,形成均匀的分散液。在搅拌完成后,将得到物通过0.2μm膜过滤器过滤,并且通过真空浓缩去除在滤出液中的己烷。通过去除在Kalcol和己烷混合溶剂中含有的低沸点溶剂己烷,得到膏形式的完全均匀的暗蓝色银纳米粒子分散液,其中具有表面覆盖层的细银粒子被均匀地分散在余下的高沸点溶剂Kalcol中。
[0301] 该膏-分散液(纳米粒子膏)的液体粘度为150Pa·s(螺旋粘度计,测量温度:25℃)。该液体粘度满足适用于丝网印刷的50至200Pa·s(25℃)的液体粘度条件。对于银纳米粒子膏的全部组成,基于175质量份构成导电介质的Ag纳米粒子,保留50质量份总量的有机组分,即11.6质量份主分散溶剂1-癸醇和38.4质量份的其它有机物质(二丁基氨基丙胺等)。因而,在此银纳米粒子膏中,固体组分Ag纳米粒子的体积比率为21.6体积%,并且有机组分的体积比率为78.4体积%,其中分散溶剂占其18.1体积%。
[0302] 换言之,得到的膏-分散液是平均粒子大小为3nm的细银粒子的分散液,在细银粒子的表面上形成了平均厚度为1.7nm的二丁基氨基丙胺覆盖层,细银粒子在高密度下被分3
散在分散溶剂Kalcol 1098(1-癸醇,密度:0.830g/cm)中。
[0303] 使用得到的银纳米粒子膏,用#500目的不锈钢丝网印刷板,在10μm涂布后的平均膜厚度下,通过丝网印刷方法,将10×50mm宽的图案印刷在载玻片上。印刷后,对在载玻片上的银纳米粒子膏涂层于250℃进行加热处理40分钟,以焙烧在该层中含有的银纳米粒子,从而形成由银纳米粒子的烧结制品层组成的导体层图案。导体层图案的表面是镜面状光滑的,并且该层的平均膜厚度为3μm。
[0304] 测量具有上述平均膜厚度的均匀导体层的体积电阻率,为2.8μΩ·cm。块体银的电阻率为1.59μΩ·cm(20℃),所以得到的银纳米粒子的烧结制品层的体积电阻率比得上块体银的电阻率。
[0305] (实施例12)
[0306] 由下面的程序,使用干粉形式的细银粒子作为原料,制备具有适用于喷墨印刷的液体粘度的细银粒子分散液。
[0307] 在用作原料的、在实施例1的条件下制备的干粉形式的细银粒子中,胺化合物是作为平均粒子大小为3nm的细银粒子的表面覆盖层存在的,所述的胺化合物除了含有主要组分二丁基氨基丙胺外,还含有少量的次要组分:十二烷胺。实施例12中,由于是在覆盖层存在于表面上的情况下,将干粉形式的细银粒子均匀地分散在主分散溶剂十四烷中而制备分散液,所以采用下述的再分散处理。
[0308] 向213.4g在实施例1条件下制备的干粉形式的细银粒子中,加入20.8g的双-2-乙基己胺(沸点263℃,获自Tokyo Chemical Industry,Co.,Ltd.),93.6g的N14(十四烷,熔点5.86℃,沸点253.57℃,获自JAPAN ENERGYCORPORATION)和300g的己烷,并且将混合物于70℃搅拌加热30分钟。通过此搅拌加热,蓝色细粉形式的Ag纳米粒子被再分散在N14、己烷和双-2-乙基己胺的混合溶剂中,形成均匀的分散液。在搅拌完成后,将得到物通过0.2μm膜过滤器过滤,并且通过真空浓缩去除在滤出液中的己烷。通过去除混合溶剂中含有的低沸点溶剂己烷,得到高流动性膏形式的完全均匀的暗蓝色银纳米粒子分散液,其中具有表面覆盖层的细银粒子被均匀地分散在余下的高沸点溶剂N14和双-2-乙基己胺中。
[0309] 该高流动性膏-分散液(银纳米粒子墨水)的液体粘度为10mPa·s(B型旋转粘度计,测量温度:20℃)。该液体粘度满足适用于喷墨印刷的5至30mPa·s(25℃)的液体粘度条件。至于银纳米粒子膏的全部组成,基于175质量份构成导电介质的Ag纳米粒子,保留152.8质量份总量的有机组分,即20.8质量份的双-2-乙基己胺、93.6质量份主分散溶剂十四烷和38.4质量份的其它有机物质(二丁基氨基丙胺等)。因而,在此银纳米粒子墨水中,固体组分Ag纳米粒子的体积比率为7.9体积%,并且有机组分的体积比率为92.1体积%,其中主分散溶剂占其57.8体积%。
[0310] 换言之,得到的银纳米粒子墨水是平均粒子大小为3nm的细银粒子的分散液,在细银粒子的表面上形成了平均厚度为1.7nm的二丁基氨基丙胺覆盖层,细银粒子在低密度3
下被分散在分散溶剂N14(十四烷,密度:0.767g/cm)和双-2-乙基己胺(密度:0.805g/
3
cm)的混合物中。
[0311] 使用得到的银纳米粒子墨水,通过喷墨涂布,在20μm涂布后的平均膜厚度下,通过喷墨印刷方法,将10×50mm宽的图案印刷在载玻片上。印刷后,对在载玻片上的银纳米粒子墨水涂层于230℃进行加热处理60分钟,以焙烧在该层中含有的银纳米粒子,从而形成由银纳米粒子的烧结制品层组成的导体层图案。导体层图案的表面是镜面状光滑的,并且该层的平均膜厚度为3μm。具有上述平均膜厚度的均匀导体层的体积电阻率为3.0μΩ·cm,该体积电阻率比得上块体银的电阻率。
[0312] (实施例13)
[0313] 由下面的程序,使用干粉形式的细金粒子作为原料,制备具有适用于丝网印刷的液体粘度的细金粒子分散液。
[0314] 在用作原料的、在实施例2的条件下制备的干粉形式的细金粒子中,胺化合物是作为平均粒子大小为5nm的细金粒子的表面覆盖层存在的,所述的胺化合物除了含有主要3
组分2-乙基己胺(密度:0.805g/cm)外,还含有少量的次要组分:十二烷胺。实施例13中,由于是在覆盖层存在于表面上的情况下制备其中干粉形式的细金粒子被均匀地分散在分散溶剂AF-7和双-2-乙基己胺混合物中的分散液,所以采用下述的再分散处理。
[0315] 向100.0g在实施例2的条件下制备的干粉形式的细金粒子中,加入5.3g的双-2-乙基己胺(沸点263℃,获自Tokyo Chemical Industry,Co.,Ltd.),5.0g的AF7(沸点259至282℃,获自NIPPON OIL CORPORATION)和300g的甲苯,并且将混合物于70℃搅拌加热30分钟。通过此搅拌加热,暗红色细粉形式的Au纳米粒子被再分散在溶解于甲苯中的AF7和双-2-乙基己胺的混合物中,形成均匀的分散液。在搅拌完成后,将得到物通过0.2μm膜过滤器过滤,并且通过真空浓缩去除在滤出液中的溶剂甲苯。通过去除在混合物中含有的低沸点溶剂甲苯,得到膏形式的完全均匀的暗红色金纳米粒子分散液,其中具有表面覆盖层的细金粒子被均匀地分散在余下的高沸点溶剂AF7和双-2-乙基己胺中。
[0316] 该膏-分散液(金纳米粒子膏)的液体粘度为128Pa·s(螺旋粘度计,测量温度:23℃)。该液体粘度满足适用于丝网印刷的50至200Pa·s(25℃)的液体粘度条件。至于金纳米粒子膏的全部组成,基于90质量份构成导电介质的Au纳米粒子,保留26.6质量份总量的有机组分,即10.0质量份的2-乙基己胺、10.6质量份的双-2-乙基己胺和6.0质量份主分散溶剂AF7。因而,在此金纳米粒子膏中,固体组分Au纳米粒子的体积比率为12.4体积%,并且有机组分的体积比率为87.6体积%,其中主分散溶剂AF7占其19.1体积%。
[0317] 换言之,得到的金纳米粒子膏是平均粒子大小为5nm的细金粒子的分散液,在细金粒子的表面上形成了平均厚度为2.7nm的2-乙基己胺覆盖层,细金粒子被分散在分散溶3 3
剂AF7(密度:0.834g/cm)和双-2-乙基己胺(密度:0.805g/cm)混合物的分散溶剂(总量:54.0体积%)中。
[0318] 使用得到的金纳米粒子膏,用#500目的不锈钢丝网印刷板,在10μm涂布后的平均膜厚度下,通过丝网印刷方法,将10×50mm宽的图案印刷在载玻片上。印刷后,对在载玻片上的金纳米粒子膏涂层于250℃进行加热处理60分钟,以焙烧在该层中含有的金纳米粒子,从而形成由金纳米粒子的烧结制品层组成的导体层图案。导体层图案的表面是镜面状光滑的,并且该层的平均膜厚度为2μm。测量具有上述平均膜厚度的均匀导体层的体积电阻率,为8.7μΩ·cm。块体金的电阻率为2.35μΩ·cm(20℃),所以得到的金纳米粒子的烧结制品层的体积电阻率比得上块体金的电阻率。
[0319] (实施例14)
[0320] 由下面的程序,使用于粉形式的细金粒子作为原料,制备具有适用于喷墨印刷的液体粘度的细金粒子分散液。
[0321] 在用作原料的、在实施例2条件下制备的干粉形式的细金粒子中,胺化合物是作为平均粒子大小为5nm的细金粒子的表面覆盖层存在的,所述的胺化合物除了含有主要组分2-乙基己胺外,还含有少量的次要组分:十二烷胺。实施例14中,由于是在覆盖层存在于表面上的情况下制备其中干粉形式的细金粒子被均匀地分散在分散溶剂AF7和双-2-乙基己胺的混合物中的分散液,所以采用下述的再分散处理。
[0322] 向100.0g在实施例2条件下制备的干粉形式的细金粒子中,加入10.4g的2-乙基己胺(沸点169℃,获自KOEI CHEMICAL CO.,LTD.),13.6g的双-2-乙基己胺(沸点263?C,获自Tokyo Chemical Industry,Co.,Ltd.),5.9g的AF7(沸点259至282℃,获自NIPPON OIL CORPORATION)和300g的甲苯,并且将混合物于70℃搅拌加热30分钟。通过此搅拌加热,暗红细粉形式的Au纳米粒子被再分散在加入到甲苯中的AF7、双-2-乙基己胺和2-乙基己胺混合物中,形成均匀的分散液。在搅拌完成后,将得到物通过0.2μm膜过滤器过滤,并且通过真空浓缩去除在滤出液中的甲苯。通过去除在混合物中含有的低沸点溶剂甲苯,得到高流动性膏形式的完全均匀的暗红色金纳米粒子分散液,其中具有表面覆盖层的细金粒子被均匀地分散在余下的高沸点溶剂AF7、双-2-乙基己胺和2-乙基己胺的混合物中。
[0323] 该高流动性膏-分散液(金纳米粒子墨水)的液体粘度为7mPa·s(B型旋转粘度计,测量温度:20℃)。该液体粘度满足适用于喷墨印刷的5至30mPa·s(25℃)的液体粘度条件。至于金纳米粒子分散液的全部组成,基于90质量份构成导电介质的Au纳米粒子,保留89.9质量份总量的有机组分,即20.4质量份的2-乙基己胺、13.6质量份的双-2-乙基己胺和55.9质量份主分散溶剂AF7。因而,在此金纳米粒子墨水中,固体组分Au纳米粒子的体积比率为4.1体积%,并且有机组分的体积比率为95.9体积%,其中主分散溶剂AF7占其58.6体积%。
[0324] 换言之,得到的金纳米粒子墨水是平均粒子大小为5nm的细金粒子的分散液,在细金粒子的表面上形成了平均厚度为2.7nm的2-乙基己胺的覆盖层,细金粒子在低密度下被分散在分散溶剂中,该分散溶剂(总量:84.8体积%)是通过将2-乙基己胺(密度:3 3 3
0.789g/cm)预先溶解于AF7(密度:0.834g/cm)和双-2-乙基己胺(密度:0.805g/cm)的混合溶剂中而得到的。
[0325] 使用得到的金纳米粒子墨水,通过喷墨涂布,在20μm涂布后的平均膜厚度下,通过喷墨印刷方法,将10×50mm宽的图案印刷在载玻片上。印刷后,对在载玻片上的金纳米粒子墨水涂层于250℃进行加热处理60分钟,以焙烧金纳米粒子,从而形成由金纳米粒子的烧结制品层组成的导体层图案。导体层图案的表面是镜面状光滑的,并且该层的平均膜厚度为2μm。具有上述平均膜厚度的均匀导体层的体积电阻率为6.6μΩ·cm,该体积电阻率比得上块体金的电阻率。
[0326] (实施例15)
[0327] 由下面的程序,使用干粉形式的细氧化铜粒子作为原料,制备具有适用于丝网印刷的液体粘度的氧化铜细粒分散液。
[0328] 在用作原料的、在实施例3的条件下制备的干粉形式的细氧化铜粒子中,胺化合物作为平均粒子大小为5nm并且在表面上有氧化物膜的细铜粒子的表面覆盖层保留,所述的胺化合物除了含有主要组分2-乙基己胺外,还含有少量的次要组分:十二烷胺。实施例15中,由于是在胺化合物的覆盖层存在于表面上的情况下制备其中干粉形式的细氧化铜粒子被均匀地分散在分散溶剂Kalcol和双-2-乙基己胺的混合物中的分散液,所以采用下述的再分散处理。
[0329] 向370g在实施例3的条件下制备的干粉形式的细氧化铜粒子中,加入7.0g的双-2-乙基己胺(沸点263℃,获自Tokyo Chemical Industry,Co.,Ltd.),14.8g的Kalcol1098(1-癸醇,熔点6.88℃,沸点232℃,获自KAOCORPORATION)和300g的己烷,并且将混合物于70℃搅拌加热30分钟。通过此搅拌加热,黑色细粉形式的氧化铜纳米粒子被再分散在含有在己烷中的Kalcol和双-2-乙基己胺的混合物中,形成均匀的分散液。在搅拌完成后,将得到物通过0.2μm膜过滤器过滤,并且通过真空浓缩去除在滤出液中的己烷。通过去除溶剂己烷,得到膏形式的均匀的绿黑色纳米粒子分散液。该膏-分散液(纳米粒子膏)的液体粘度为100Pa·s(螺旋粘度计,测量温度:23℃)。至于纳米粒子膏的全部组成,基于300质量份构成导电介质的氧化铜纳米粒子,保留91.8质量份总量的有机组分,即
14.8质量份主要分散溶剂1-癸醇、70.0质量份的2-乙基己胺和7.0质量份的双-2-乙基己胺。因而,在此纳米粒子膏中,固体组分氧化铜纳米粒子的体积比率为29.2体积%,并且有机组分的体积比率为70.8体积%,其中分散溶剂占其10.9体积%。
[0330] 换言之,得到的膏-分散液是平均粒子大小为5nm并且在表面上有氧化物膜的细铜粒子的分散液,在细铜粒子的表面上形成了平均厚度为2.1nm的2-乙基己胺覆盖层,细3
铜粒子高密度地被分散在分散溶剂N14(十四烷,密度:0.767g/cm)和双-2-乙基己胺(密
3
度:0.805g/cm)混合物的分散溶剂(总量:16.2体积%)中。
[0331] 使用得到的氧化铜纳米粒子膏,用#500目的不锈钢丝网印刷板,在10μm涂布后的平均膜厚度下,通过丝网印刷方法,将10×50mm宽的图案印刷在载玻片上。印刷后,通过对在载玻片上的纳米粒子膏涂层进行下面的处理,使在细氧化铜粒子分散液涂层中含有的分散溶剂蒸发,并且将在涂层中含有的细氧化铜粒子的表面还原,转化成相应的铜粒子,并且将通过还原再生的细铜粒子焙烧,从而形成由铜纳米粒子的烧结制品层组成的导体层图案。
[0332] 在第一处理中,将在载玻片上的纳米粒子膏涂层面向上地放置于预热至300℃的电热板上的预定位置处,所述的电热板被放置于图1所示的气密室中。将甘油蒸气和氮的混合气体(甘油蒸气∶氮的混合比率=20体积%∶80体积%)通过用于气体的进口5引入至气密室中,在将所述的气体喷射至涂层表面的条件下,在含有具有还原能力的甘油蒸气的气氛(甘油蒸气的分压:200hPa)下,于300℃进行加热5分钟。采用此在还原气氛中的加热处理(第一处理),使在涂层中含有的分散溶剂蒸发,并且细氧化铜粒子的表面氧化膜还原,得到细铜粒子。在用氮气载气将在其平衡蒸气压下加热至300℃的甘油蒸气稀释后,将甘油蒸气/氮混合气体引入至上述组合物中。
[0333] 然后,采用在300℃的继续加热,进行重复氧化/再还原循环5次的第二处理,包括:通过将干空气(氧分子∶氮分子的混合比率=20体积%:80体积%)喷射至表面10秒而氧化金属表面,并且通过将上述的甘油/氮混合气体代替干空气喷射至表面并且保持该衬底在含有具有还原能力的甘油蒸气的气氛中2分50秒而再还原金属表面。在持续地进行上述第一和第二处理后,在将甘油蒸气/氮混合气体喷射至表面的条件下,将衬底放置并且冷却至室温。预先将水分从上述的干空气中去除。
[0334] 通过上述的系列处理,细铜粒子通过细氧化铜粒子的还原而再生,并且焙烧再生的细铜粒子,形成完全由细铜粒子的烧结制品层组成的导体层。
[0335] 导体层图案的表面是镜面状光滑的,并且该层的平均膜厚度为2μm。测量具有上述平均膜厚度的均匀导体层的体积电阻率,为7.4μΩ·cm。块体铜的电阻率为1.673μΩ·cm(20℃),所以得到的铜纳米粒子的烧结制品层的体积电阻率比得上块体铜的电阻率。
[0336] (实施例16)
[0337] 由下面的程序,使用干粉形式的细氧化铜粒子作为原料,制备具有适用于喷墨印刷的液体粘度的细氧化铜粒子分散液。
[0338] 在用作原料的、在实施例3的条件下制备的干粉形式的细氧化铜粒子中,胺化合物作为平均粒子大小为5nm并且在表面上有氧化物膜的细铜粒子的表面覆盖层保留,所述的胺化合物除了含有主要组分2-乙基己胺外,还含有少量的次要组分:十二烷胺。实施例16中,由于是在胺化合物的覆盖层存在于表面上的情况下制备其中干粉形式的细氧化铜粒子被均匀地分散在分散溶剂十四烷和双-2-乙基己胺的混合物中的分散液,所以采用下述的再分散处理。
[0339] 向370g在实施例3的条件下制备的干粉形式的细氧化铜粒子中,加入34.9g的双-2-乙基己胺(沸点263℃,获自Tokyo Chemical Industry,Co.,Ltd.),150.0g的N14(十四烷,熔点5.86℃,沸点253.57℃,获自JAPANENERGY CORPORATION)和300g的己烷,并且将混合物于70℃搅拌加热30分钟。通过此搅拌加热,黑色细粉形式的氧化铜纳米粒子被再分散在含有在己烷中的十四烷和双-2-乙基己胺的混合物中,形成均匀的分散液。在搅拌完成后,将得到物通过0.2μm膜过滤器过滤,并且通过真空浓缩去除在滤出液中的己烷。通过去除溶剂己烷,得到高流动性膏形式的均匀的绿黑色纳米粒子分散液。该高流动性膏-分散液(氧化铜纳米粒子墨水)的液体粘度为8mPa·s(B型旋转粘度计,测量温度:20℃)。至于纳米粒子墨水的全部组成,基于300质量份构成导电介质的氧化铜纳米粒子,保留254.9质量份总量的有机组分,即150.0质量份主要分散溶剂十四烷、70.0质量份的2-乙基己胺和34.9质量份的双-2-乙基己胺。因而,在此纳米粒子墨水中,固体组分氧化铜纳米粒子的体积比率为13.0体积%,并且有机组分的体积比率为87.0体积%,其中主分散溶剂十四烷占其50.9体积%。
[0340] 换言之,得到的膏-分散液是平均粒子大小为5nm并且在表面上有氧化物膜的细铜粒子的分散液,在细铜粒子的表面上形成了平均厚度为2.1nm的2-乙基己胺覆盖层,3
细铜粒子被低密度地分散在N14(十四烷,密度:0.767g/cm)和双-2-乙基己胺(密度:
3
0.805g/cm)混合物的分散溶剂(总量:62.1质量%)中。
[0341] 使用得到的纳米粒子墨水,通过喷墨涂布,在20μm涂布后的平均膜厚度下,通过喷墨印刷方法,将10×50mm宽的图案印刷在载玻片上。印刷后,通过对在载玻片上的氧化铜纳米粒子墨水涂层进行下面的处理,使在细氧化铜粒子分散液涂层中含有的分散溶剂蒸发,并且将在涂层中含有的细氧化铜粒子的表面还原,转化成相应的铜粒子,并且将通过还原再生的细铜粒子焙烧,从而形成由铜纳米粒子的烧结制品层组成的导体层图案。
[0342] 在第一处理中,将在载玻片上的纳米粒子墨水涂层面向上地放置于预热至300℃的电热板上的预定位置处,所述的电热板被放置于图1所示的气密室中。当将载玻片放置于预热的电热板上时,分散液中含有的分散溶剂蒸发,结果,涂层中含有的细氧化铜粒子紧密地堆积。
[0343] 然后,将甘油蒸气和氮的混合气体(甘油蒸气∶氮的混合比率=20体积%∶80体积%)通过用于气体的进口5引入至气密室中,在将所述的气体喷射至涂层表面的条件下,在含有具有还原能力的甘油蒸气的气氛(甘油蒸气的分压:200hPa)下,于300℃进行加热5分钟。采用此在还原气氛中的加热处理(第一处理),使在涂层中保留的少量分散溶剂蒸发,与此同时将细氧化铜粒子的表面氧化膜还原,得到细铜粒子。在用氮气载气将在其平衡蒸气压下加热至300℃的甘油蒸气稀释后,将甘油蒸气/氮混合气体引入至上述组合物中。
[0344] 然后,采用在300℃的继续加热,进行重复氧化/再还原循环5次的第二处理,包括:通过将干空气(氧分子∶氮分子的混合比率=20体积%∶80体积%)喷射至表面10秒而氧化金属表面,并且通过将上述的甘油蒸气/氮混合气体代替干空气喷射至表面,并且保持该衬底在含有具有还原能力的甘油蒸气的气氛中2分50秒而再还原金属表面。在持续地进行上述第一和第二处理后,在将甘油蒸气/氮混合气体喷射至表面的条件下,将衬底放置并且冷却至室温。预先将水分从上述的干空气中去除。
[0345] 通过上述的系列处理,细铜粒子通过细氧化铜粒子的还原而再生,并且焙烧再生的细铜粒子,形成完全由细铜粒子的烧结制品层组成的导体层。
[0346] 通过上述处理获得的导体层图案的表面是镜面状光滑的,并且该层的平均膜厚度为2μm。测量具有上述平均膜厚度的均匀导体层的体积电阻率,为6.1μΩ·cm。块体铜银的电阻率为1.673μΩ·cm(20℃),所以得到的铜纳米粒子的烧结制品层的体积电阻率比得上块体铜的电阻率。
[0347] 工业适用性
[0348] 本发明能够简化干粉形式的细金属粒子或细金属氧化物粒子的制备,所述的干粉形式的细金属粒子或细金属氧化物粒子即使不贮存在分散溶剂中,也可以长期以良好的分散状态用作极细的粒子而不引起凝结。将所制备的干粉形式的细金属粒子或细金属氧化物粒子例如使用调色剂用的固体粘合剂树脂形成为调色剂粒子,并且使用电子照相图像印刷法,将具有适宜图案的涂层形成在膜状衬底材料表面上,然后进行加热处理,可以制备烧结制品导体层,其中,将所含有的细金属粒子或通过还原细金属氧化物粒子而得到的细金属粒子进行烧结。除了由湿式印刷方法使用膏-分散液形成烧结制品导体层的常规方法外,使用干式印刷方法形成烧结制品导体层的方法对于在更宽的领域中应用其中烧结有细金属粒子的烧结制品导体层是有用的。