導電膜形成方法和燒結助劑的制作方法
【專利摘要】在使用光燒結的導電膜形成方法中，容易地形成具有低電阻的導電膜。該導電膜形成方法是其中使用光燒結形成導電膜5的方法。該方法包括以下步驟：在基板上形成由燒結助劑2制成的層22，在燒結助劑2的層22上形成由銅顆粒分散體制成的液體膜3，將該液體膜3干燥以形成銅顆粒層4，并對該銅顆粒層4施以光燒結。燒結助劑2是從金屬銅中除去氧化銅的化合物。由此，燒結助劑2在光燒結中除去銅顆粒31的表面氧化物膜。
【專利說明】導電膜形成方法和燒結助劑
【技術領域】
[0001]本發明涉及使用光燒結的導電膜形成方法，以及使得光燒結能夠在所述導電膜形成方法中進行的燒結助劑。
【背景技術】
[0002]迄今為止，存在其中在基板上通過光刻法形成由銅箔組成的電路的印刷電路板。光刻法需要蝕刻銅箔的步驟，處理蝕刻等產生的廢液需要高昂的成本。
[0003]作為無需蝕刻的技術，以下方法是已知的:其中，使用含有分散在分散媒介中的銅顆粒(銅納米粒子)的銅顆粒分散體(銅墨水)在基板上形成導電膜(參見例如專利文獻1)。根據這種方法，在基板上形成銅顆粒分散體的液體膜，并將該液體膜干燥以形成銅顆粒層。該銅顆粒層通過光照經受光燒結，由此形成具有低電阻的導電膜。
[0004]但是，在上述方法中，光燒結可能不充分，即使光燒結中照射的光的能量很大，由此無法形成具有低電阻的導電膜。
[0005]現有技術文獻
[0006]專利文獻1:美國專利申請第2008/0286488號
【發明內容】
[0007]本發明所要解決的問題
[0008]提出本發明以解決上述問題，其目的在于在使用光燒結的導電膜形成方法中容易地形成具有低電阻的導電膜。
[畫]解決問題的手段
[0010]本發明的導電膜形成方法是其中使用光燒結形成導電膜的方法，其特征在于包括以下步驟:在基板上形成由燒結助劑制成的層，在燒結助劑層上形成由銅顆粒分散體制成的液體膜，將該液體膜干燥以形成銅顆粒層，并對該銅顆粒層施以光燒結，所述燒結助劑是從金屬銅中除去氧化銅的化合物。
[0011]在該導電膜形成方法中，燒結助劑優選選自酰胺類、酰亞胺類、酮類、氨基甲酸酯類、硫醚類、羧酸類和磷酸類。
[0012]在該導電膜形成方法中，燒結助劑優選選自聚乙烯吡咯烷酮、聚酰胺酰亞胺樹脂、聚氨酯樹脂、聚苯硫醚樹脂和羥基亞乙基二膦酸。
[0013]在該導電膜形成方法中，燒結助劑可以選自醇類、糖類、醛類、肼類、醌類、酚類和胺類。
[0014]在該導電膜形成方法中，燒結助劑可以選自聚乙烯醇、氫醌和硅烷偶聯劑。
[0015]本發明的燒結助劑用于上述導電膜形成方法。
[0016]本發明的優點
[0017]根據本發明，由于燒結助劑在光燒結中除去銅顆粒的表面氧化物膜，已經從其上除去表面氧化物膜的銅顆粒被燒結，并且銅顆粒層發生塊化031114=8)，由此容易地形成具有低電阻的導電膜。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1⑷至1⑴是以時間順序顯示通過本發明的實施方式的導電膜形成方法形成導電膜的橫截面示意圖。
【具體實施方式】
[0019]將參照圖1(幻至1(0描述根據本發明的一個實施方式的導電膜形成方法。如圖1⑷和1㈦所示，在基板1上施加含有燒結助劑2的溶液21。如圖1化)所示，將溶液21的溶劑干燥以形成由燒結助劑2制成的層22。
[0020]通過將基底材料成型為板形來獲得基板1。基底材料的實例包括，但不限于，玻璃、樹脂、陶瓷、硅片等。
[0021]燒結助劑2是從金屬銅中除去氧化銅的化合物。燒結助劑2可以是例如酰胺類、酰亞胺類、酮類、氨基甲酸酯類、硫醚類、羧酸類或磷酸類，其實例包括但不限于:酰胺類中的聚乙烯吡咯烷酮、酰亞胺類中的聚酰胺酰亞胺樹脂、氨基甲酸酯類中的聚氨酯樹脂、硫醚類中的聚苯硫醚樹脂、和磷酸類中的羥基亞乙基二膦酸。可以認為，此類燒結助劑2通過蝕刻從金屬銅中除去氧化銅。
[0022]燒結助劑2可以是醇類、糖類、醛類、肼類、醌類、酚類或胺類，其實例包括但不限于:醇類中的聚乙烯醇、醌類中的氫醌和胺類中的硅烷偶聯劑等。此類燒結助劑2通過還原氧化銅從金屬銅中除去氧化銅。
[0023]這些燒結助劑2可以單獨使用，或者兩種或多種類型的燒結助劑可以適當地混合和使用。
[0024]如圖1⑷所示，由銅顆粒分散體制成的液體膜3在燒結助劑2的層22上形成。銅顆粒分散體是含有分散在其中的銅顆粒31的液體，并包括銅顆粒31、分散媒介和分散劑。銅顆粒31是例如，具有1皿或更大且小于100！！！！！的中值粒徑的銅納米粒子。分散媒介是含有銅顆粒31的液體媒介。分散劑使得銅顆粒31能夠分散在分散媒介中。由于粒子表面被空氣中的氧氣氧化，銅顆粒31覆有薄的表面氧化物膜。
[0025]例如通過印刷法形成液體膜3。在印刷法中，銅顆粒分散體用作印刷墨水，在燒結助劑2的層22上印刷預先確定的圖案，并形成具有該圖案的液體膜3。由于銅顆粒分散體用作墨水，其也稱為銅墨水。燒結助劑2通過與液體膜3接觸而洗提到液體膜3中。
[0026]接著，將液體膜3干燥。如圖1 (6)所示，通過干燥液體膜3以便在基板1上形成由銅顆粒31組成的銅顆粒層4，由此使銅顆粒31和燒結助劑2保留在基板1上。銅顆粒層4中的銅顆粒31的表面與燒結助劑2接觸。在圖1(6)中，省略了對燒結助劑2的圖示。
[0027]接著，用光照射銅顆粒層4，并對銅顆粒層4施以光燒結。在室溫下在大氣空氣下進行光燒結。用于光燒結的光源是例如氙燈。激光裝置可用作光源。在光燒結中，除去銅顆粒31的表面氧化物膜，并將銅顆粒31燒結，銅顆粒層4經受塊化。如圖1(0所示，銅顆粒層4經受塊化以形成導電膜5。
[0028]迄今為止，已經考慮過，通過光燒結中的光能量造成的光還原反應將銅顆粒31的表面氧化物膜還原為銅并隨后除去。
[0029]但是，根據本發明的發明人進行的試驗，取決于銅顆粒分散體，銅顆粒層4可能經受不充分的塊化，即使光燒結中照射的光的能量較大。由于照射在銅顆粒層4上的過大的光能量可能造成銅顆粒層4的破壞，對于光燒結中照射的光能量的量級存在限制。本發明的發明人考慮了存在某些情況，在這些情況中，僅通過光的能量不能充分去除銅顆粒31的表面氧化物膜，由此無法充分進行光燒結，導致銅顆粒層4的不充分塊化。
[0030]本發明的發明人通過實驗已經發現，通過使用從金屬銅中除去氧化銅的化合物，能夠進行光燒結。在本實施方式的導電膜形成方法中，燒結助劑2是從金屬銅中除去氧化銅，并除去銅顆粒31的表面氧化物膜的化合物。對銅顆粒層4的光照射促進了其中燒結助劑2使得能夠從銅顆粒31中除去氧化銅的化學反應。已經從其上除去表面氧化物膜的銅顆粒31被光的能量燒結，由此銅顆粒層4經受塊化以形成具有導電性的導電膜5。
[0031]如上所述，根據本實施方式的導電膜形成方法，由于燒結助劑2能夠在光燒結中除去銅顆粒31的表面氧化物膜，已經從其上除去表面氧化物膜的銅顆粒31被燒結，且銅顆粒層4經受塊化，由此容易地形成具有低電阻的導電膜5。
[0032]在燒結助劑2能夠蝕刻氧化銅的情況下，通過蝕刻除去銅顆粒31的表面氧化物膜。
[0033]在燒結助劑2能夠還原氧化銅的情況下，通過還原除去銅顆粒31的表面氧化物膜。
[0034]在實施例中，使用本發明的導電膜形成方法形成導電膜5，并測量由此形成的導電膜5的電阻。
[0035]〔實施例1]
[0036]無堿玻璃用作基板1。使用酰胺類如聚乙烯吡咯烷酮(分子量為630，000)作為燒結助劑2，并使用水作為溶劑，制備含有燒結助劑2的溶液。將燒結助劑2的濃度調節至10%。通過旋涂法將該溶液以預定厚度涂覆在基板1上。為了干燥溶液中的溶劑，涂有該溶液的基板1在大氣空氣中在1001至2501干燥30分鐘以形成燒結助劑層22。通過旋涂法將銅顆粒分散體(由1別1撤狀0^110^1 00., 110.制造，商品名“01-0104”)以預定厚度涂覆在燒結助劑層22上。涂有銅顆粒分散體的基板1在大氣空氣中在1001干燥30分鐘，隨后用具有氙燈的閃照射裝置施以光燒結以制造樣品基板。在0.51/0.112至301/(^2范圍內的能量級下進行光燒結中的光照射0.108至10^。銅顆粒層4在光燒結前呈黑色。在通過單次光照射進行的光燒結之后，表面的顏色變為銅色。該銅色是塊狀銅的顏色，從光燒結造成的顏色變化可以發現銅顆粒層4經受塊化以形成導電膜5。無需進行超過一次的光照射。測試基板上的導電膜5的薄層電阻顯示出200^:^/ 口的低值。
[0037]〔實施例2]
[0038]使用酰胺酰亞胺類中的聚酰胺酰亞胺樹脂作為燒結助劑2，并使用碳酸丙烯酯作為溶劑，制備含有燒結助劑2的溶液。將燒結助劑2的濃度調節至10%。除上述之外，以與實施例1相同的方式制造測試基板。該銅顆粒層4在光燒結前呈黑色。在通過單次光照射進行的光燒結之后，表面的顏色變為銅色。測試基板上的導電膜5的薄層電阻顯示出28011^/ 口的低值。
[0039]〔實施例3]
[0040]使用胺類中的硅烷偶聯劑(3-氨基丙基三乙氧基硅烷)作為燒結助劑2，并使用水作為溶劑，制備含有燒結助劑2的溶液。將燒結助劑2的濃度調節至1%。除上述之外，以與實施例2相同的方式制造測試基板。該銅顆粒層4在光燒結前呈黑色。在通過單次光照射進行的光燒結之后，表面的顏色變為銅色。測試基板上的導電膜5的薄層電阻顯示為200111^/ 口。
[0041][實施例4]
[0042]使用另一種娃燒偶聯劑0^2-(氨基乙基)-3-氨基丙基二乙氧基娃燒)作為燒結助劑2，并使用水作為溶劑，制備含有燒結助劑2的溶液。將燒結助劑2的濃度調節至1 %。除上述之外，以與實施例3相同的方式制造測試基板。該銅顆粒層4在光燒結前呈黑色。在通過單次光照射進行的光燒結之后，表面的顏色變為銅色。測試基板上的導電膜5的薄層電阻顯示為2001110/ 口。
[0043]〔實施例5]
[0044]使用醇類中的聚乙烯醇(分子量為2，000)作為燒結助劑2，并使用水作為溶劑，制備含有燒結助劑2的溶液。將燒結助劑2的濃度調節至10%。除上述之外，以與實施例4相同的方式制造測試基板。該銅顆粒層4在光燒結前呈黑色。在通過單次光照射進行的光燒結之后，表面的顏色變為銅色。測試基板上的導電膜5的薄層電阻顯示為30(^0/ 口。
[0045]〔實施例6]
[0046]使用氨基甲酸酯類中的聚氨酯樹脂作為燒結助劑2，并使用碳酸丙烯酯作為溶劑，制備含有燒結助劑2的溶液。將燒結助劑2的濃度調節至35%。除上述之外，以與實施例5相同的方式制造測試基板。該銅顆粒層4在光燒結前呈黑色。在通過單次光照射進行的光燒結之后，表面的顏色變為銅色。測試基板上的導電膜5的薄層電阻顯示為25(^0 / 口。
[0047]〔實施例7]
[0048]使用硫醚類中的聚苯硫醚樹脂作為燒結助劑2，并使用2-丙醇作為溶劑，制備含有燒結助劑2的溶液(分散體)。將燒結助劑2的濃度調節至1 %。除上述之外，以與實施例6相同的方式制造測試基板。該銅顆粒層4在光燒結前呈黑色。在通過單次光照射進行的光燒結之后，表面的顏色變為銅色。測試基板上的導電膜5的薄層電阻顯示為口。
[0049]〔實施例8]
[0050]使用磷酸類中的羥基亞乙基二膦酸作為燒結助劑2，并使用水作為溶劑，制備含有燒結助劑2的溶液。將燒結助劑2的濃度調節至49%。除上述之外，以與實施例7相同的方式制造測試基板。該銅顆粒層4在光燒結前呈黑色。在通過單次光照射進行的光燒結之后，表面的顏色變為銅色。測試基板上的導電膜5的薄層電阻顯示為口。
[0051][實施例9]
[0052]使用醌類中的氫醌作為燒結助劑2，并使用碳酸丙烯酯作為溶劑，制備含有燒結助劑2的溶液。將燒結助劑2的濃度調節至10%。除上述之外，以與實施例8相同的方式制造測試基板。該銅顆粒層4在光燒結前呈黑色。在通過單次光照射進行的光燒結之后，表面的顏色變為銅色。測試基板上的導電膜5的薄層電阻顯示為30(^0 / 口。
[0053]如上所述，使用燒結助劑2能夠形成具有低電阻的導電膜5。
[0054]本發明不限于上述實施方式的配置，可以在不背離本發明的精神或范圍的情況下進行各種修改。例如，基板1的表面形狀不限于平面，可以是彎曲表面或多個平面的組合。
[0055]符號說明
[0056]1:基板
[0057]2:燒結助劑
[0058]3:液體膜
[0059]31:銅顆粒
[0060]4:銅顆粒層
[0061]5:導電膜
【權利要求】
1.一種導電膜形成方法，其中使用光燒結形成導電膜，其包括以下步驟: 在基板上形成由燒結助劑制成的層， 在燒結助劑的層上形成由銅顆粒分散體制成的液體膜， 將所述液體膜干燥以形成銅顆粒層，并 對所述銅顆粒層施以光燒結，其中 所述燒結助劑是從金屬銅中除去氧化銅的化合物。
2.根據權利要求1所述的導電膜形成方法，其中所述燒結助劑選自酰胺類、酰亞胺類、酮類、氨基甲酸酯類、硫醚類、羧酸類和磷酸類。
3.根據權利要求2所述的導電膜形成方法，其中所述燒結助劑選自聚乙烯吡咯烷酮、聚酰胺酰亞胺樹脂、聚氨酯樹脂、聚苯硫醚樹脂和羥基亞乙基二膦酸。
4.根據權利要求1所述的導電膜形成方法，其中所述燒結助劑選自醇類、糖類、醛類、肼類、醌類、酚類和胺類。
5.根據權利要求4所述的導電膜形成方法，其中所述燒結助劑選自聚乙烯醇、氫醌和娃焼偶聯劑。
6.—種燒結助劑，其用于根據權利要求1至5中任一項所述的導電膜形成方法。
【文檔編號】B22F7/04GK104303243SQ201380025633
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2013年2月28日 優先權日:2012年7月3日
【發明者】川戶祐一, 前田祐介, 工藤富雄 申請人:日本石原化學株式會社