JP2009521598A5

JP2009521598A5 -

Info

Publication number: JP2009521598A5
Application number: JP2008547524A
Authority: JP
Filing date: 2006-12-20
Publication date: 2009-12-17
Anticipated expiration: 2026-12-20

Description

さらに、穏やかな加工条件下、大きな金属粒子を導入して導電性構造を形成することは
難しいため、低温のみに耐えられる基質上へ厚い導電性構造を形成する方法に対する必要
性もある。そのような方法に適したあらゆる組成物に対する関連した必要性も存在する。
この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、以下のものがある（国際出願日以降国際段階で引用された文献及び他国に国内移行した際に引用された文献を含む）。
米国特許出願第２００４／００１３９０７号米国特許出願第２００５／０１４２０３０号米国特許出願第２００５／００１６８５１号米国特許第６，６４５，４４４号明細書米国特許第６，７６５，０４９号明細書米国特許第６，８７８，１８４号明細書 Furthermore, there is a need for a method of forming a thick conductive structure on a substrate that can withstand only low temperatures, since it is difficult to introduce large metal particles to form a conductive structure under mild processing conditions. There is also a related need for any composition suitable for such a method.
Prior art document information related to the invention of this application includes the following (including documents cited in the international phase after the international filing date and documents cited when entering the country in other countries).
US Patent Application No. 2004/0013907 US Patent Application No. 2005/0142030 US Patent Application No. 2005/0016851 US Pat. No. 6,645,444 US Pat. No. 6,765,049 US Pat. No. 6,878,184

Claims

組成物であって、
水性溶媒中に分散した金属ナノ粒子の集団を有し、
前記集団の少なくとも一部は、約１ｎｍから約１００ｎｍの範囲の平均断面直径を有するものとして特徴付けされた個々の金属ナノ粒子を有するものであり、
前記各ナノ粒子は、その表面に結合した少なくとも一つのリガンドを有し、前記リガンドは前記ナノ粒子表面に結合したヘテロ原子頭部基及び前記ヘテロ原子頭部基に結合した尾部を有するものである、組成物。 A composition comprising:
It has a population of dispersed metal nanoparticles in an aqueous solvent medium,
At least a portion of the population has individual metal nanoparticles characterized as having an average cross-sectional diameter in the range of about 1 nm to about 100 nm;
Each of the nanoparticles has at least one ligand bonded to the surface thereof, and the ligand has a heteroatom head group bonded to the nanoparticle surface and a tail bonded to the heteroatom head group. ,Composition.

請求項１記載の組成物において、前記ナノ粒子集団はさらに、
２若しくはそれ以上の個々のナノ粒子、２若しくはそれ以上の個々のナノ粒子を含むナノ粒子フロック、或いはそれらのあらゆる組み合わせを含む粒子凝集体を有するものである。 The composition of claim 1, wherein the population of nanoparticles further comprises:
It has a particle aggregate comprising two or more individual nanoparticles, a nanoparticle flock comprising two or more individual nanoparticles, or any combination thereof.

請求項２記載の組成物において、前記個々の金属ナノ粒子の集団の粒子凝集体に対する重量比は、約１：９９から９９：１の範囲である。 The composition of claim 2, wherein the weight ratio of the population of individual metal nanoparticles to particle aggregates ranges from about 1:99 to 99: 1.

請求項２記載の組成物において、前記個々の金属ナノ粒子の集団の粒子フロックに対する重量比は、約１：９９から９９：１の範囲である。 3. The composition of claim 2, wherein the weight ratio of said individual metal nanoparticle population to particle floc ranges from about 1:99 to 99: 1.

請求項２記載の組成物において、ナノ粒子凝集体は、約１００ｎｍから約１００００ｎｍの範囲の平均断面直径を有するものである。 3. The composition of claim 2, wherein the nanoparticle aggregate has an average cross-sectional diameter in the range of about 100 nm to about 10,000 nm.

請求項２記載の組成物において、ナノ粒子フロックは、約１００ｎｍから約１００００ｎｍの範囲の平均断面直径を有するものである。 3. The composition of claim 2, wherein the nanoparticle floc has an average cross-sectional diameter in the range of about 100 nm to about 10,000 nm.

請求項１記載の組成物において、個々の金属ナノ粒子は、銀、銅、金、亜鉛、カドミウム、パラジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウム、ロジウム、白金、鉄、ニッケル、コバルト、インジウム、酸化銀、酸化銅、酸化金、酸化亜鉛、酸化カドミウム、酸化パラジウム、酸化イリジウム、酸化ルテニウム、酸化オスミウム、酸化ロジウム、酸化白金、酸化鉄、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化インジウム、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有するものである。 The composition of claim 1, wherein the individual metal nanoparticles are silver, copper, gold, zinc, cadmium, palladium, iridium, ruthenium, osmium, rhodium, platinum, iron, nickel, cobalt, indium, silver oxide, oxide. It has copper, gold oxide, zinc oxide, cadmium oxide, palladium oxide, iridium oxide, ruthenium oxide, osmium oxide, rhodium oxide, platinum oxide, iron oxide, nickel oxide, cobalt oxide, indium oxide, or any combination thereof. is there.

請求項１記載の組成物において、前記組成物は、約１４０℃を下回る温度で約６０秒未満硬化させた後、厚さ約１０μｍ未満の凝集構造を形成するものである。 2. The composition of claim 1 wherein the composition forms an aggregate structure having a thickness of less than about 10 [mu] m after curing for less than about 60 seconds at a temperature below about 140 [deg.] C.

組成物であって、
約１４０℃を下回る温度で約９０秒未満硬化させた後、厚さ約１０μｍ以下の凝集構造を形成する、少なくとも一つの金属ナノ粒子を有する金属ナノ粒子混合物を有し、前記凝集構造は、前記対応する金属のバルク抵抗率の約２倍から約１５倍の範囲の抵抗率を有するものである、組成物。 A composition comprising:
Having a metal nanoparticle mixture having at least one metal nanoparticle that forms an aggregated structure having a thickness of about 10 μm or less after curing at a temperature below about 140 ° C. for less than about 90 seconds, the aggregated structure comprising: A composition having a resistivity in the range of about 2 to about 15 times the bulk resistivity of the corresponding metal.

請求項９記載の組成物において、前記混合物は、金属ナノ粒子の集団、リガンド、水性溶媒、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有するものである。 In composition according to claim 9, wherein the mixture is one having a population of metal nanoparticles, ligands, aqueous Solvent, or any combination thereof.

請求項１０記載の組成物において、個々の金属ナノ粒子は、約１ｎｍから約１００ｎｍの範囲の平均断面直径を有するものである。 12. The composition of claim 10 , wherein the individual metal nanoparticles have an average cross-sectional diameter in the range of about 1 nm to about 100 nm.

請求項１０記載の組成物において、個々の金属ナノ粒子は、銀、銅、金、亜鉛、カドミウム、パラジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウム、ロジウム、白金、鉄、ニッケル、コバルト、インジウム、酸化銀、酸化銅、酸化金、酸化亜鉛、酸化カドミウム、酸化パラジウム、酸化イリジウム、酸化ルテニウム、酸化オスミウム、酸化ロジウム、酸化白金、酸化鉄、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化インジウム、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有するものである。 11. The composition of claim 10 , wherein the individual metal nanoparticles are silver, copper, gold, zinc, cadmium, palladium, iridium, ruthenium, osmium, rhodium, platinum, iron, nickel, cobalt, indium, silver oxide, oxide It has copper, gold oxide, zinc oxide, cadmium oxide, palladium oxide, iridium oxide, ruthenium oxide, osmium oxide, rhodium oxide, platinum oxide, iron oxide, nickel oxide, cobalt oxide, indium oxide, or any combination thereof. is there.

金属ナノ粒子分散物を合成する方法であって、
少なくとも１つのリガンドであって、このリガンドは１から約２０炭素原子を有する尾部に結合したヘテロ原子頭部基を有するものである、リガンドと、
少なくとも１つの還元剤と、
水性分散溶液中における少なくとも１つの金属塩であって、この金属塩は、前記分散溶液の容積に基づいて約１０グラム／リットルから約６００グラム／リットルの範囲の濃度で分散して存在するものであり、前記金属塩は、銀、銅、金、亜鉛、カドミウム、パラジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウム、ロジウム、白金、鉄、ニッケル、コバルト、インジウム、或いはそれらのあらゆる組み合わせを含む少なくとも１つのカチオンを有するものである、金属塩と
を水性溶媒において反応させる工程を有する、方法。 A method of synthesizing a metal nanoparticle dispersion comprising:
At least one ligand, the ligand having a heteroatom head group attached to the tail having from 1 to about 20 carbon atoms;
At least one reducing agent;
At least one metal salt in an aqueous dispersion, the metal salt being present at a concentration ranging from about 10 grams / liter to about 600 grams / liter based on the volume of the dispersion. And the metal salt has at least one cation comprising silver, copper, gold, zinc, cadmium, palladium, iridium, ruthenium, osmium, rhodium, platinum, iron, nickel, cobalt, indium, or any combination thereof. those having the step of reacting in an aqueous solvent medium and the metal salts, methods.

請求項１３記載の方法において、前記リガンドは、そのヘテロ原子頭部基によって金属ナノ粒子の表面に結合し、凝集に対して少なくとも一部は安定化されている金属ナノ粒子をもたらすものとして特徴付けされるものである。 14. The method of claim 13 , wherein the ligand is bound to the surface of the metal nanoparticle by its heteroatom head group , resulting in a metal nanoparticle that is at least partially stabilized against aggregation. It is what is done.

請求項１４記載の方法において、この方法は、さらに、
約０．１：１から約１：１の範囲の各モル比で前記リガンド及び金属塩を組み合わせる工程を有するものである。 15. The method of claim 14 , further comprising:
Combining the ligand and metal salt in respective molar ratios ranging from about 0.1: 1 to about 1: 1.

請求項１５記載の方法において、この方法は、さらに、
約１：１０から約４：１の範囲の各モル比で前記金属塩及び還元剤を組み合わせる工程を有するものである。 The method of claim 15 , further comprising:
Combining the metal salt and the reducing agent in respective molar ratios ranging from about 1:10 to about 4: 1.

基質上に導電性構造を形成する方法であって、
前記基質に組成物を堆積させる工程であって、前記組成物は、金属ナノ粒子の少なくとも１つの集団を有し、前記集団の少なくとも一部は、約１ｎｍから約３０ｎｍの範囲の平均断面直径を有するものとして特徴付けされた個々の金属ナノ粒子を有するものであり、
前記各ナノ粒子は、その表面に結合した少なくとも一つのリガンドを有し、このリガンドは、前記ナノ粒子表面に結合したヘテロ原子頭部基及び前記ヘテロ原子頭部基に結合した尾部を有するものである、堆積させる工程と、
前記堆積させた組成物を硬化させる工程と
を有する、方法。 A way to form a conductive structure on a substrate,
Depositing a composition on the substrate, the composition having at least one population of metal nanoparticles, wherein at least a portion of the population has an average cross-sectional diameter ranging from about 1 nm to about 30 nm. Having individual metal nanoparticles characterized as having
Each nanoparticle has at least one ligand bound to its surface, the ligand having a heteroatom head group bound to the nanoparticle surface and a tail bound to the heteroatom head group. A deposition step;
Curing the deposited composition.

請求項１７記載の方法において、前記堆積させる工程は、印刷方法を有するものである。 18. The method of claim 17 , wherein the depositing step comprises a printing method.

請求項１７記載の方法において、前記ナノ粒子は、約０．５から約７０重量％の範囲で存在するものである。 18. The method of claim 17 , wherein the nanoparticles are present in the range of about 0.5 to about 70% by weight .

請求項１７記載の方法において、前記組成物は、さらに、
流動学的重合調整剤（ｒｈｅｏｌｏｇｙｍｏｄｉｆｉｅｒ）を有するものである。 18. The method of claim 17 , wherein the composition further comprises
It has a rheology modifier .

導電性構造を形成する方法であって、
基質に少なくとも１つの金属ナノ粒子を有する金属ナノ粒子組成物を堆積させる工程であって、前記組成物は、約１４０℃を下回る温度で約９０秒未満硬化させた後、対応する金属のバルク抵抗率の約２倍から約１５倍の範囲の抵抗率を有し、さらに約２０μｍ以下の厚さを有する凝集性導電性構造を形成させるものである、前記堆積させる工程と、
前記堆積させた組成物を硬化させる工程と
を有する、方法。 A way to form a conductive structure,
A step of depositing a metal nanoparticle composition having at least one metal nanoparticle to a substrate, the composition, after the temperature in the cure of less than about 90 seconds below about 140 ° C., of the corresponding metal bulk resistance The depositing step, forming a coherent conductive structure having a resistivity in the range of about 2 to about 15 times the rate, and further having a thickness of about 20 μm or less;
Curing the deposited composition.

請求項２１記載の方法において、前記堆積させる工程は、印刷方法を有するものである。 The method of claim 21 , wherein the depositing step comprises a printing method.

請求項２１記載の方法において、個々の金属ナノ粒子は、約１ｎｍから約１００ｎｍの範囲の平均断面直径を有するものである。 24. The method of claim 21 , wherein the individual metal nanoparticles have an average cross-sectional diameter in the range of about 1 nm to about 100 nm.

請求項２１記載の方法において、個々の金属ナノ粒子は、銀、銅、金、亜鉛、カドミウム、パラジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウム、ロジウム、白金、鉄、ニッケル、コバルト、インジウム、酸化銀、酸化銅、酸化金、酸化亜鉛、酸化カドミウム、酸化パラジウム、酸化イリジウム、酸化ルテニウム、酸化オスミウム、酸化ロジウム、酸化白金、酸化鉄、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化インジウム、或いはそれらのあらゆる組み合わせを有するものである。 22. The method of claim 21 , wherein the individual metal nanoparticles are silver, copper, gold, zinc, cadmium, palladium, iridium, ruthenium, osmium, rhodium, platinum, iron, nickel, cobalt, indium, silver oxide, copper oxide. , Gold oxide, zinc oxide, cadmium oxide, palladium oxide, iridium oxide, ruthenium oxide, osmium oxide, rhodium oxide, platinum oxide, iron oxide, nickel oxide, cobalt oxide, indium oxide, or any combination thereof .

請求項２１の方法によって製造される伝導性構造。A conductive structure produced by the method of claim 21.