JP4728755B2 - 導電性接合の形成方法 - Google Patents
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Description
二つの金属層の面相互を導電性接合する方法であって、
前記導電性接合は、金属ナノ粒子で構成される導電性接合層を介して、二つの金属層の面相互が接合されるものであり、
前記導電性接合の形成プロセスは、
一方の金属層を構成する金属表面に、当該ナノ粒子の表面に被覆剤分子層を有する金属ナノ粒子を有機溶媒中に分散してなる、金属ナノ粒子分散液を利用して、該金属ナノ粒子分散液の塗布層を形成する工程;
前記金属ナノ粒子分散液の塗布層中に含まれる有機溶媒を蒸散させ、乾燥処理済の塗布層を形成する工程;
一方の金属層を構成する金属表面に形成した前記乾燥処理済の塗布層を、高周波プラズマ雰囲気中において、150℃以下の加熱温度で処理を施し、当該ナノ粒子の表面に設ける被覆剤分子層を除去し、次いで、前記金属ナノ粒子相互の融着を行って、前記金属ナノ粒子で構成される導電性接合層を一方の金属層を構成する金属表面に形成する工程;
前記金属ナノ粒子で構成される導電性接合層の表面に、他方の金属層を構成する金属表面を重ね合わせ、圧力を加えて、両者の表面を互いに押し付けつつ、100℃〜200℃の範囲に選択される温度において、加熱処理を施して、前記導電性接合層の表面と他方の金属層を構成する金属表面との間に金属間接合を形成する工程とを有し、
前記ナノ粒子の表面に被覆剤分子層を有する金属ナノ粒子は、
平均粒子径が1〜100nmの範囲に選択されている金属ナノ粒子に対して、
前記金属ナノ粒子に含まれる金属元素と配位的な結合が可能な基として、窒素、酸素、またはイオウ原子を含み、これら原子の有する孤立電子対による配位的な結合が可能な基を有する有機化合物1種以上を被覆剤分子として、該金属ナノ粒子の表面に被覆してなるナノ粒子である
ことを特徴とする導電性接合の形成方法である。
前記金属ナノ粒子を構成する金属種は、金、銀、銅、白金、パラジウム、およびニッケルからなる群から選択される金属であることが好ましい。
該高周波プラズマ雰囲気は、不活性ガスを用いて生起されているプラズマ雰囲気であることが好ましい。その際、前記不活性ガスとして、アルゴン、ヘリウムまたはその混合物を用いることができる。
二つの金属層の面相互を導電性接合する方法であって、
前記導電性接合は、金属ナノ粒子で構成される導電性接合層を介して、二つの金属層の面相互が接合されるものであり、
前記導電性接合の形成プロセスは、
一方の金属層を構成する金属表面に、当該ナノ粒子の表面に被覆剤分子層を有する金属酸化物ナノ粒子を有機溶媒中に分散してなる金属酸化物ナノ粒子分散液を利用して、該金属酸化物ナノ粒子分散液の塗布層を形成する工程;
前記金属酸化物ナノ粒子分散液の塗布層中に含まれる有機溶媒を蒸散させ、乾燥処理済の塗布層を形成する工程;
一方の金属層を構成する金属表面に形成した前記乾燥処理済の塗布層を、還元性気体の共存下、高周波プラズマ雰囲気中において、150℃以下の加熱温度で処理を施し、当該ナノ粒子の表面に設ける被覆剤分子層を除去し、さらに、該金属酸化物ナノ粒子を還元して金属ナノ粒子を作製し、次いで、前記金属ナノ粒子相互の融着を行って、前記金属ナノ粒子で構成される導電性接合層を一方の金属層を構成する金属表面に形成する工程;
前記金属ナノ粒子で構成される導電性接合層の表面に、他方の金属層を構成する金属表面を重ね合わせ、圧力を加えて、両者の表面を互いに押し付けつつ、100℃〜200℃の範囲に選択される温度において、加熱処理を施して、前記導電性接合層の表面と他方の金属層を構成する金属表面との間に金属間接合を形成する工程とを有し、
前記ナノ粒子の表面に被覆剤分子層を有する金属酸化物ナノ粒子は、
平均粒子径が1〜100nmの範囲に選択されている金属酸化物ナノ粒子に対して、
前記金属酸化物ナノ粒子に含まれる金属元素と配位的な結合が可能な基として、窒素、酸素、またはイオウ原子を含み、これら原子の有する孤立電子対による配位的な結合が可能な基を有する有機化合物1種以上を被覆剤分子として、該金属酸化物ナノ粒子の表面に被覆してなるナノ粒子である
ことを特徴とする導電性接合の形成方法である。
前記金属酸化物ナノ粒子の構成する金属酸化物は、銀、銅、ニッケルからなる群から選択される金属の酸化物であることが好ましい。
該高周波プラズマ雰囲気は、還元性気体と不活性ガスの混合気体を用いて生起されているプラズマ雰囲気であることが好ましい。その際、
前記還元性気体と不活性ガスの混合気体において、
該不活性ガスとして、アルゴン、ヘリウムまたはその混合物を、また
該還元性気体として、水素、アンモニアまたはその混合物を用いることができる。
二つの金属層の面相互を導電性接合する方法であって、
前記導電性接合は、金属ナノ粒子で構成される導電性接合層を介して、二つの金属層の面相互が接合されるものであり、
前記導電性接合の形成プロセスは、
前記二つの金属層を構成する金属表面に、それぞれ当該ナノ粒子の表面に被覆剤分子層を有する金属ナノ粒子を有機溶媒中に分散してなる、金属ナノ粒子分散液を利用して、該金属ナノ粒子分散液の塗布層を形成する工程;
前記金属ナノ粒子分散液の塗布層中に含まれる有機溶媒を蒸散させ、乾燥処理済の塗布層を形成する工程;
前記二つの金属層を構成する金属表面に形成した前記乾燥処理済の塗布層を、それぞれ、高周波プラズマ雰囲気中において、150℃以下の加熱温度で処理を施し、当該ナノ粒子の表面に設ける被覆剤分子層を除去し、次いで、前記金属ナノ粒子相互の融着を行って、前記金属ナノ粒子で構成される導電性接合層をそれぞれの金属層を構成する金属表面に形成する工程;
前記金属ナノ粒子で構成される導電性接合層の表面を、互いに重ね合わせ、圧力を加えて、両者の表面を互いに押し付けつつ、100℃〜200℃の範囲に選択される温度において、加熱処理を施して、前記二つの導電性接合層の表面の間に金属間接合を形成する工程とを有し、
前記ナノ粒子の表面に被覆剤分子層を有する金属ナノ粒子は、
平均粒子径が1〜100nmの範囲に選択されている金属ナノ粒子に対して、
前記金属ナノ粒子に含まれる金属元素と配位的な結合が可能な基として、窒素、酸素、またはイオウ原子を含み、これら原子の有する孤立電子対による配位的な結合が可能な基を有する有機化合物1種以上を被覆剤分子として、該金属ナノ粒子の表面に被覆してなるナノ粒子である
ことを特徴とする導電性接合の形成方法である。
二つの金属層の面相互を導電性接合する方法であって、
前記導電性接合は、金属ナノ粒子で構成される導電性接合層を介して、二つの金属層の面相互が接合されるものであり、
前記導電性接合の形成プロセスは、
前記二つの金属層を構成する金属表面に、それぞれ当該ナノ粒子の表面に被覆剤分子層を有する金属酸化物ナノ粒子を有機溶媒中に分散してなる、金属酸化物ナノ粒子分散液を利用して、該金属酸化物ナノ粒子分散液の塗布層を形成する工程;
前記金属酸化物ナノ粒子分散液の塗布層中に含まれる有機溶媒を蒸散させ、乾燥処理済の塗布層を形成する工程;
前記二つの金属層を構成する金属表面に形成した前記乾燥処理済の塗布層を、それぞれ、還元性気体の共存下、高周波プラズマ雰囲気中において、150℃以下の加熱温度で処理を施し、当該ナノ粒子の表面に設ける被覆剤分子層を除去し、さらに、該金属酸化物ナノ粒子を還元して金属ナノ粒子を作製し、次いで、前記金属ナノ粒子相互の融着を行って、前記金属ナノ粒子で構成される導電性接合層をそれぞれの金属層を構成する金属表面に形成する工程;
前記金属ナノ粒子で構成される導電性接合層の表面を、互いに重ね合わせ、圧力を加えて、両者の表面を互いに押し付けつつ、100℃〜200℃の範囲に選択される温度において、加熱処理を施して、前記二つの導電性接合層の表面の間に金属間接合を形成する工程とを有し、
前記ナノ粒子の表面に被覆剤分子層を有する金属酸化物ナノ粒子は、
平均粒子径が1〜100nmの範囲に選択されている金属酸化物ナノ粒子に対して、
前記金属ナノ粒子に含まれる金属元素と配位的な結合が可能な基として、窒素、酸素、またはイオウ原子を含み、これら原子の有する孤立電子対による配位的な結合が可能な基を有する有機化合物1種以上を被覆剤分子として、該金属ナノ粒子の表面に被覆してなるナノ粒子である
ことを特徴とする導電性接合の形成方法である。
前記二つの金属層は、
配線基板表面に形成されている金属配線層と、該配線基板の金属配線層上に接合する電子部品の金属電極層の組み合わせである場合に好適に利用可能である。
加熱状態では、一価の金属カチオン種を含む酸化物(M(I)O)から、二価の金属カチオン種を含む酸化物(M(II)O)と金属原子(M(0))へと、不均一化が進行する。
その結果、ナノ粒子の最表面には、二価の金属カチオン種を含む酸化物(M(II)O)が再生され、ナノ粒子の中心部には金属原子(M(0))が徐々に蓄積する。最終的には、金属酸化物ナノ粒子全体が、金属原子で構成されるナノ粒子へと変換される。
M(I)2O+1/2O2 → 2M(II)O
M(0)+1/2O2 → M(II)O
M(0)+M(II)O → 2M(I)2O
いずれの過程も、価数の異なる金属カチオン種を含む金属酸化物が存在することが、その機構の進行に必須であり、銀、銅、ニッケルからなる群から選択される金属の酸化物は、この条件をも満足している。
下記の実施例1〜4においては、銀ナノ粒子分散液として、市販されている銀ナノ粒子分散液(商品名:ナノペーストNPS、ハリマ化成(株))を使用している。このナノペーストNPSは、平均粒子径5nmの銀ナノ粒子を、分散溶媒のカルコール1098(1−デカノール、沸点232℃:花王製)中に均一に分散させた分散液である。その際、該銀ナノ粒子の表面は、被覆剤分子ジブチルアミノプロピルアミン(沸点205℃、広栄化学工業製)により被覆された状態としている。銀ナノ粒子分散液中には、平均粒子径5nmの銀ナノ粒子100質量部当たり、被覆剤分子ジブチルアミノプロピルアミンを14.9質量部、分散溶媒1−デカノールを13.7質量部が含まれている。
二つの基板間の導電性接合を以下の手順で行った。
二つの基板間の導電性接合を以下の手順で行った。
基板の表面上への電子デバイスの導電性接合を以下の手順で行った。
基板の表面上への電子デバイスの導電性接合を以下の手順で行った。
下記の実施例5、6においては、表面酸化膜層を有する銅ナノ粒子分散液として、市販されている銅ナノ粒子分散液(商品名:ナノペーストNPC、ハリマ化成(株))を使用している。このナノペーストNPCは、平均粒子径5nmの銅ナノ粒子を、分散溶媒のN14(テトラデカン、沸点254℃:日鉱石油化学製)中に均一に分散させた分散液である。すなわち、該銅ナノ粒子は、その表面には、表面酸化膜が存在し、核部分は、銅で構成される、表面酸化膜層を有する銅ナノ粒子(酸化銅ナノ粒子)となっている。一方、該銅ナノ粒子の表面は、被覆剤分子ドデシルアミン(沸点248℃)により被覆された状態としている。該銅ナノ粒子分散液中には、平均粒子径5nmの銅ナノ粒子100質量部当たり、被覆剤分子ドデシルアミンを15.0質量部、分散溶媒テトラデカンを25.0質量部が含まれている。
基板の表面上への電子デバイスの導電性接合を以下の手順で行った。
基板の表面上への電子デバイスの導電性接合を以下の手順で行った。
Claims (11)
- 二つの金属層の面相互を導電性接合する方法であって、
前記導電性接合は、金属ナノ粒子で構成される導電性接合層を介して、二つの金属層の面相互が接合されるものであり、
前記導電性接合の形成プロセスは、
一方の金属層を構成する金属表面に、当該ナノ粒子の表面に被覆剤分子層を有する金属ナノ粒子を有機溶媒中に分散してなる、金属ナノ粒子分散液を利用して、該金属ナノ粒子分散液の塗布層を形成する工程;
前記金属ナノ粒子分散液の塗布層中に含まれる有機溶媒を蒸散させ、乾燥処理済の塗布層を形成する工程;
一方の金属層を構成する金属表面に形成した前記乾燥処理済の塗布層を、高周波プラズマ雰囲気中において、150℃以下の加熱温度で処理を施し、当該ナノ粒子の表面に設ける被覆剤分子層を除去し、次いで、前記金属ナノ粒子相互の融着を行って、前記金属ナノ粒子で構成される導電性接合層を一方の金属層を構成する金属表面に形成する工程;
前記金属ナノ粒子で構成される導電性接合層の表面に、他方の金属層を構成する金属表面を重ね合わせ、圧力を加えて、両者の表面を互いに押し付けつつ、100℃〜200℃の範囲に選択される温度において、加熱処理を施して、前記導電性接合層の表面と他方の金属層を構成する金属表面との間に金属間接合を形成する工程とを有し、
前記圧力は、0.2×10 6 Pa〜10×10 6 Paの範囲に選択され、
前記ナノ粒子の表面に被覆剤分子層を有する金属ナノ粒子は、
平均粒子径が1〜100nmの範囲に選択されている金属ナノ粒子に対して、
前記金属ナノ粒子に含まれる金属元素と配位的な結合が可能な基として、窒素、酸素、またはイオウ原子を含み、これら原子の有する孤立電子対による配位的な結合が可能な基を有する有機化合物1種以上を被覆剤分子として、該金属ナノ粒子の表面に被覆してなるナノ粒子である
ことを特徴とする導電性接合の形成方法。 - 二つの金属層の面相互を導電性接合する方法であって、
前記導電性接合は、金属ナノ粒子で構成される導電性接合層を介して、二つの金属層の面相互が接合されるものであり、
前記導電性接合の形成プロセスは、
一方の金属層を構成する金属表面に、当該ナノ粒子の表面に被覆剤分子層を有する金属酸化物ナノ粒子を有機溶媒中に分散してなる金属酸化物ナノ粒子分散液を利用して、該金属酸化物ナノ粒子分散液の塗布層を形成する工程;
前記金属酸化物ナノ粒子分散液の塗布層中に含まれる有機溶媒を蒸散させ、乾燥処理済の塗布層を形成する工程;
一方の金属層を構成する金属表面に形成した前記乾燥処理済の塗布層を、還元性気体の共存下、高周波プラズマ雰囲気中において、150℃以下の加熱温度で処理を施し、当該ナノ粒子の表面に設ける被覆剤分子層を除去し、さらに、該金属酸化物ナノ粒子を還元して金属ナノ粒子を作製し、次いで、前記金属ナノ粒子相互の融着を行って、前記金属ナノ粒子で構成される導電性接合層を一方の金属層を構成する金属表面に形成する工程;
前記金属ナノ粒子で構成される導電性接合層の表面に、他方の金属層を構成する金属表面を重ね合わせ、圧力を加えて、両者の表面を互いに押し付けつつ、100℃〜200℃の範囲に選択される温度において、加熱処理を施して、前記導電性接合層の表面と他方の金属層を構成する金属表面との間に金属間接合を形成する工程とを有し、
前記圧力は、0.2×10 6 Pa〜10×10 6 Paの範囲に選択され、
前記ナノ粒子の表面に被覆剤分子層を有する金属酸化物ナノ粒子は、
平均粒子径が1〜100nmの範囲に選択されている金属酸化物ナノ粒子に対して、
前記金属酸化物ナノ粒子に含まれる金属元素と配位的な結合が可能な基として、窒素、酸素、またはイオウ原子を含み、これら原子の有する孤立電子対による配位的な結合が可能な基を有する有機化合物1種以上を被覆剤分子として、該金属酸化物ナノ粒子の表面に被覆してなるナノ粒子である
ことを特徴とする導電性接合の形成方法。 - 前記金属ナノ粒子を構成する金属種は、金、銀、銅、白金、パラジウム、およびニッケルからなる群から選択される金属である
ことを特徴とする請求項1に記載の導電性接合の形成方法。 - 前記金属酸化物ナノ粒子の構成する金属酸化物は、銀、銅、ニッケルからなる群から選択される金属の酸化物である
ことを特徴とする請求項2に記載の導電性接合の形成方法。 - 前記高周波プラズマ雰囲気中において、150℃以下の加熱温度で処理を施す工程において、
該高周波プラズマ雰囲気は、不活性ガスを用いて生起されているプラズマ雰囲気である
ことを特徴とする請求項1に記載の導電性接合の形成方法。 - 還元性気体の共存下、前記高周波プラズマ雰囲気中において、150℃以下の加熱温度で処理を施す工程において、
該高周波プラズマ雰囲気は、還元性気体と不活性ガスの混合気体を用いて生起されているプラズマ雰囲気である
ことを特徴とする請求項2に記載の導電性接合の形成方法。 - 前記不活性ガスとして、アルゴン、ヘリウムまたはその混合物を用いる
ことを特徴とする請求項5に記載の導電性接合の形成方法。 - 前記還元性気体と不活性ガスの混合気体において、
該不活性ガスとして、アルゴン、ヘリウムまたはその混合物を、また
該還元性気体として、水素、アンモニアまたはその混合物を用いる
ことを特徴とする請求項6に記載の導電性接合の形成方法。 - 二つの金属層の面相互を導電性接合する方法であって、
前記導電性接合は、金属ナノ粒子で構成される導電性接合層を介して、二つの金属層の面相互が接合されるものであり、
前記導電性接合の形成プロセスは、
前記二つの金属層を構成する金属表面に、それぞれ当該ナノ粒子の表面に被覆剤分子層を有する金属ナノ粒子を有機溶媒中に分散してなる、金属ナノ粒子分散液を利用して、該金属ナノ粒子分散液の塗布層を形成する工程;
前記金属ナノ粒子分散液の塗布層中に含まれる有機溶媒を蒸散させ、乾燥処理済の塗布層を形成する工程;
前記二つの金属層を構成する金属表面に形成した前記乾燥処理済の塗布層を、それぞれ、高周波プラズマ雰囲気中において、150℃以下の加熱温度で処理を施し、当該ナノ粒子の表面に設ける被覆剤分子層を除去し、次いで、前記金属ナノ粒子相互の融着を行って、前記金属ナノ粒子で構成される導電性接合層をそれぞれの金属層を構成する金属表面に形成する工程;
前記金属ナノ粒子で構成される導電性接合層の表面を、互いに重ね合わせ、圧力を加えて、両者の表面を互いに押し付けつつ、100℃〜200℃の範囲に選択される温度において、加熱処理を施して、前記二つの導電性接合層の表面の間に金属間接合を形成する工程とを有し、
前記圧力は、0.2×10 6 Pa〜10×10 6 Paの範囲に選択され、
前記ナノ粒子の表面に被覆剤分子層を有する金属ナノ粒子は、
平均粒子径が1〜100nmの範囲に選択されている金属ナノ粒子に対して、
前記金属ナノ粒子に含まれる金属元素と配位的な結合が可能な基として、窒素、酸素、またはイオウ原子を含み、これら原子の有する孤立電子対による配位的な結合が可能な基を有する有機化合物1種以上を被覆剤分子として、該金属ナノ粒子の表面に被覆してなるナノ粒子である
ことを特徴とする導電性接合の形成方法。 - 二つの金属層の面相互を導電性接合する方法であって、
前記導電性接合は、金属ナノ粒子で構成される導電性接合層を介して、二つの金属層の面相互が接合されるものであり、
前記導電性接合の形成プロセスは、
前記二つの金属層を構成する金属表面に、それぞれ当該ナノ粒子の表面に被覆剤分子層を有する金属酸化物ナノ粒子を有機溶媒中に分散してなる、金属酸化物ナノ粒子分散液を利用して、該金属酸化物ナノ粒子分散液の塗布層を形成する工程;
前記金属酸化物ナノ粒子分散液の塗布層中に含まれる有機溶媒を蒸散させ、乾燥処理済の塗布層を形成する工程;
前記二つの金属層を構成する金属表面に形成した前記乾燥処理済の塗布層を、それぞれ、還元性気体の共存下、高周波プラズマ雰囲気中において、150℃以下の加熱温度で処理を施し、当該ナノ粒子の表面に設ける被覆剤分子層を除去し、さらに、該金属酸化物ナノ粒子を還元して金属ナノ粒子を作製し、次いで、前記金属ナノ粒子相互の融着を行って、前記金属ナノ粒子で構成される導電性接合層をそれぞれの金属層を構成する金属表面に形成する工程;
前記金属ナノ粒子で構成される導電性接合層の表面を、互いに重ね合わせ、圧力を加えて、両者の表面を互いに押し付けつつ、100℃〜200℃の範囲に選択される温度において、加熱処理を施して、前記二つの導電性接合層の表面の間に金属間接合を形成する工程とを有し、
前記圧力は、0.2×10 6 Pa〜10×10 6 Paの範囲に選択され、
前記ナノ粒子の表面に被覆剤分子層を有する金属酸化物ナノ粒子は、
平均粒子径が1〜100nmの範囲に選択されている金属酸化物ナノ粒子に対して、
前記金属ナノ粒子に含まれる金属元素と配位的な結合が可能な基として、窒素、酸素、またはイオウ原子を含み、これら原子の有する孤立電子対による配位的な結合が可能な基を有する有機化合物1種以上を被覆剤分子として、該金属ナノ粒子の表面に被覆してなるナノ粒子である
ことを特徴とする導電性接合の形成方法。 - 前記二つの金属層は、
配線基板表面に形成されている金属配線層と、該配線基板の金属配線層上に接合する電子部品の金属電極層の組み合わせである
ことを特徴とする請求項1、2、9または10の何れかに記載の導電性接合の形成方法。
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