金属ペーストおよびインク
溶媒とそこに分散された複数の金属ナノ粒子とを含む金属組成物は、基板上の金属組成物の硬化によって約５×１０−４Ω・ｃｍ以下の抵抗率を有する金属導体が得られるように、配合される。アセンブリの電気構成要素は、基板上で金属組成物を硬化することによって形成された金属導体によって、相互接続することができる。金属ナノ粒子を含む金属組成物は、基板上に堆積し、固化することができる。金属組成物は、金属組成物の固化の前または後に金属線に接触させ、固化した金属組成物に固定することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、その開示全体が参照により本明細書に組み込まれているＲｏｕｎｄｈｉｌｌらの米国仮出願第６１／０７７，７１１号およびＲｏｕｎｄｈｉｌｌらの同第６１／０８１，５３９号の優先権を主張するものである。
【０００２】
この文書は、導電率が改善された金属導体を形成するのに使用することができる、金属ペーストおよびインクに関する。
【背景技術】
【０００３】
金属インクのような金属ペーストは、金属ナノ粒子、液体ビヒクル、分散剤、およびその他の添加剤と共に配合することができる。添加剤は、粘度、ぬれ性、および選択された基板に対する接触角などの物理的性質を変化させるために含めることができる。インク（例えば、約５０００ｃＰ未満）に比べてより高い粘度のペースト（例えば、約１０，０００ｃＰから約６０，０００ｃＰ）は、金属ナノ粒子の持続的分散を容易にする。金属インクまたはペーストの使用は、印刷法および基板を含めたいくつかの因子をベースにすることができる。低粘度のインク（例えば、約２０ｃＰ未満、または約１０ｃＰから約２０ｃＰの間）は、インクジェット印刷またはエアロゾル印刷することができる。ペーストは、インクジェット印刷するには粘度が高すぎ、スクリーン印刷またはより高い粘度に適したその他の方法によって付着させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国仮出願第６１／０７７，７１１号
【特許文献２】米国仮出願第６１／０８１，５３９号
【特許文献３】米国特許出願公開第２００８／０２８６４８８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、一部の金属ペーストまたはインクは、不活性雰囲気中で高温で、即ち、フレキシブルエレクトロニクス（例えば、ポリマー基板を有する）などのある特定の適用例で不適切となり得る状態に、加熱する必要があると考えられる。さらに、一部の金属ペーストまたはインクは、高沸点を有する１種または複数の液体成分を含む。高沸点成分を有する金属ペーストまたはインクを、空気中で低速熱焼結プロセスによって硬化した場合、高沸点成分は不揮発性生成物を形成し、それが硬化した導体中に残る可能性がある。不揮発性生成物への熱分解は、不活性雰囲気における熱焼結中でも可能性があり、汚染された導体および比較的高い抵抗率をもたらす可能性がある。場合によっては、液体ビヒクルからの有機残留物が、導体と基板との間の接着を劣化させ、金属導体の品質を低下させる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】金属組成物の調製を示すフローチャートである。
【図２】光焼結を含むプロセスによって金属導体を形成するためのプロセスを示す、フローチャートである。
【図３】熱焼結および光焼結によって形成された銅導体に関する、抵抗率対プロセス温度をプロットした図である。
【図４】金属組成物から作製された印刷導体によって相互接続されたチップを有する、アセンブリを示す図である。
【図５】金属組成物から作製された印刷導体によって、ビアを通して相互接続されたチップを有する、アセンブリを示す図である。
【図６】光焼結済み金属バンプに固定された、線を示す図である。
【図７】光焼結済み金属バンプの形成におけるステップを示す図である。
【図８】光焼結済み金属バンプ同士の間に固定された、金属線を示す図である。
【図９Ａ】光焼結済み銅バンプに銅線を固定する様々な段階を示す写真である。
【図９Ｂ】光焼結済み銅バンプに銅線を固定する様々な段階を示す写真である。
【図９Ｃ】光焼結済み銅バンプに銅線を固定する様々な段階を示す写真である。
【図９Ｄ】光焼結済み銅バンプに銅線を固定する様々な段階を示す写真である。
【図９Ｅ】光焼結済み銅バンプに銅線を固定する様々な段階を示す写真である。
【図９Ｆ】光焼結済み銅バンプに銅線を固定する様々な段階を示す写真である。
【図１０】コンプライアントな光焼結済み金属バンプを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
低温加工向けに配合された金属組成物（例えば、インクおよびペースト）は、導電性接着剤としてプリンテッドエレクトロニクスの製造で使用するのに、または、電極や相互接続などの様々な電気部品および回路の製造およびアセンブリを含むその他の用途で使用するのに適している。金属組成物は、光焼結に適切な光学的に透明なビヒクル中に、金属ナノ粒子（例えば、銅、ニッケル、銀、金、アルミニウム、コバルト、モリブデン、および亜鉛など）を含む。これら組成物中のナノ粒子は、サイズおよびパッシベーションコーティングに応じて選択してもよく、この組成物は、精密な印刷が可能になるよう配合してもよい。印刷された組成物中のナノ粒子は、プラスチック基板に適合する温度で、バルク金属膜またはラインに硬化してもよい（例えば、光焼結、熱焼結、またはその両方）。
【０００８】
本明細書に記述される金属組成物は、液体ビヒクルからの有機残留物の量が少ない硬化済みの導体が得られるように、配合される。金属組成物は、光焼結プロセスを使用して金属導体が生成されるように、焼結してもよい（例えば、約５ミリ秒未満、約２ミリ秒未満、または約１ミリ秒未満）。この光焼結プロセスでは、高強度光パルス（例えば、約５０，０００、１００，０００、または１５０，０００ルクス、またはそれ以上）が、組成物中の金属ナノ粒子によって吸収され、次いで熱に変換される。その結果、金属組成物は、有機成分が熱酸化しまたは分解する前にこの成分を素早く蒸発させる、短い高熱パルスに曝すことができる。金属組成物（例えば、ペーストおよびインク）のこの光焼結は、より低い温度で形成されてよい高い導電率と、一部の熱焼結プロセスのみよりも低い抵抗率とを有する導体をもたらす。
【０００９】
いくつかの実施形態では、本明細書に記述される金属組成物は、ポリマー基板上の組成物の光焼結および／または熱焼結（例えば、空気中またはフォーミングガス中）によってより低い抵抗率を有する導体が得られるように、配合してもよい。例えば、本明細書に記述される銅ペーストから作製された銅導体は、約１×１０−３Ω・ｃｍから約１×１０−６Ω・ｃｍの間の抵抗率を有していてもよい。即ち、銅導体は、約１×１０−３Ω・ｃｍ未満、約１×１０−４Ω・ｃｍ未満、約１×１０−５Ω・ｃｍ未満、または約１×１０−６Ω・ｃｍよりも大きい抵抗率を有していてもよい。
【００１０】
高導電率（低抵抗率）を有する導体の形成に使用される、金属組成物を調製する実施形態を、図１に示す。調製１００は、不活性雰囲気中で行ってもよい。ステップ１０２では、所望の量（例えば、体積）の液体ビヒクルを調製する。液体ビヒクルは、例えば、芳香族、脂肪族ケトンおよびアルコール、エステル、およびこれらの任意の組合せを含んでいてもよい。ビヒクルが複数の成分を含む場合、これらの成分を、一緒に混合してもよい。ステップ１０４では、１種または複数の分散剤をビヒクルに添加し、その混合物を撹拌して（例えば、攪拌、振盪、混合、または超音波処理など）、均質性を実現してもよい。分散剤は、例えば、短鎖ポリマーアミン、アルコール、スルホネート、ホスフェート、およびこれらの任意の組合せを含んでいてもよい。ステップ１０６では、ある量の金属ナノ粒子（例えば、ナノ粉末の形をとる）をビヒクルに添加して、所望の銅負荷を実現してもよい。いくつかの実施形態では、ナノ粉末は、組成物の約３０重量％から約７０重量％の間、または約５０重量％から約８０重量％の間であってもよい。次いでこの不均質混合物を撹拌して、ペーストを形成する。ステップ１０８では、ペーストを超音波処理して均質分散系を形成してもよい。超音波処理は、低エネルギーおよび短時間（例えば、約１０分未満、約２から８分、または約５分）で実現されてよい。超音波処理浴の液体は、冷却してもよい（例えば、約０℃に）。超音波処理時間が長すぎる場合、または超音波処理エネルギーが高すぎる場合、キャビテーションによって、許容されないほど高い温度にまで局所的な加熱が引き起こされ、金属ナノ粒子の凝集または集塊形成をもたらす可能性がある。金属ナノ粒子の凝集または凝塊形成の阻害は、超音波処理手順中に金属ペーストを冷却することにより（例えば、約０℃まで）、促進させることができる。金属ナノ粒子の凝集または凝塊形成は、焼結ステップでより大きな粒子サイズおよびより低い性能をもたらす可能性がある。凝集は、銅−銅化学結合形成を引き起こす可能性があるので、銅ナノ粒子にとっては問題になる可能性がある。これらの銅−銅結合は、それに続く機械的作用により破壊することができない場合がある。ステップ１１０では、粘度、ぬれ性、または接触角などの性質を調節するよう選択された添加剤を添加し、ペーストと混合してもよい。添加剤は、共有結合化合物、イオン化合物、またはこれらの任意の組合せであってもよい。
【００１１】
図１に示されるように調製された金属ペーストは、光焼結プロセスによって導体（例えば、導電性膜）に形成してもよい。例えば、金属ペーストは、ドローダウンプロセスによって基板（例えば、ＤｕＰｏｎｔから入手可能なＫＡＰＴＯＮ（登録商標）ポリイミド膜）上にコーティングしてもよい。光焼結プロセスは、金属ナノ粒子を例えば金属膜に光焼結する光照射の前に、予備乾燥ステップを含んでいてもよい。例えばコーティングは、空気中、約１００℃で、約６０分間乾燥させてもよい。このステップは、印刷されたペーストからの揮発性成分の除去を促進させる。揮発性成分がペースト中に残される場合、光焼結ステップ中の素早い気化によって、金属ナノ粒子は基板から吹き飛ばされる可能性がある。乾燥後、乾燥したペーストの抵抗率は、例えば１００Ω・ｃｍ程度に高くなる可能性がある。いくつかの実施形態では、乾燥時間は、より高い温度を使用し、真空中で乾燥ステップを実施し、または赤外線もしくはマイクロ波放射線の下で加熱することによって、短縮してもよい。揮発性液体成分を含有しない銅ペーストでは、乾燥ステップを排除して加工時間を短縮することができる。
【００１２】
乾燥ペーストは、フォーミングガス中または空気中で硬化してもよい。例えば、乾燥ペーストは、窒素中に約１０体積％までの水素が存在する（例えば、窒素中に約３〜５体積％の水素が存在する）混合物中で約６０分間、約３５０℃で熱焼結してもよい。約２０ｎｍから約２００ｎｍの範囲のナノ粒子を有する銅ペーストの場合、熱焼結した膜の抵抗率は、約３×１０−４Ω・ｃｍであってもよい。フォーミングガスは、乾燥ペースト中の酸化銅を、銅に還元することができる。例えば、フォーミングガス中の水素成分は、以下に示すように、酸化銅と反応して銅および水を形成する：
ＣｕＯ＋Ｈ２→Ｃｕ＋Ｈ２Ｏ
および
Ｃｕ２Ｏ＋Ｈ２→２Ｃｕ＋Ｈ２Ｏ
水蒸気は、フォーミングガス中に持ち去ることができる。
【００１３】
熱焼結した金属組成物は、フォーミングガス中または空気中で光焼結することにより、その抵抗率を低下させてもよい。光焼結は、金属組成物を光の照射に曝すステップを含む。光照射の強度（電圧によって測定されたもの）および持続時間（パルス幅によって測定されたもの）は、基板から金属粒子が吹き飛ばされるのを少なくするために、得られる導体の抵抗率を低下させるために、および得られる導体と基板との接着を増大させるために、選択してもよい。ある実施例では、空気中で熱焼結した銅導体を光焼結した後、導体の厚さは約１μｍであってもよく、導体の抵抗率は約２×１０−５Ω・ｃｍであってもよい。
【００１４】
金属ペーストは、空気中でまたは不活性雰囲気中で乾燥してもよい。金属ペーストまたは乾燥金属ペーストは、金属導体が形成されるように熱硬化してもよい。熱焼結した導体は、導体の抵抗率が低下するように光焼結してもよい。ある場合には、乾燥金属ペーストは、熱焼結を行うことなく光焼結することができる。図２は、金属組成物から低抵抗率の導体を形成するためのプロセス２００を示す。ステップ２０２では、金属ペーストを基板に付着させる。ステップ２０４では、基板を加熱して（例えば、炉内で約６０分間、約１００℃で）、ペーストを乾燥させてもよい。ステップ２０６では、乾燥ペーストを熱焼結してもよい。
【００１５】
ある実施例では、熱焼結は、下記のステップを含んでいてもよい。乾燥金属ペーストを有する基板を、室温で石英管内に投入する。石英管を排気する（例えば、約１００ｍＴｏｒｒに）。石英管を加熱し（例えば、約３５０℃まで）、温度が安定するまでフォーミングガス（例えば、約４体積％の水素を窒素と混合したもの）でパージしてもよい。コーティング付き基板は、約６０分間、３５０℃で加熱してもよい。フォーミングガスおよびヒータを停止させた後、石英管を不活性ガス（例えば、窒素）でパージして、基板を冷却（例えば、１００℃よりも低く）してもよい。熱焼結した導体を有する基板は、石英管から取り出すことができる。
【００１６】
ステップ２０８では、乾燥しまたは熱焼結した金属ペーストを、光焼結する。高電圧フラッシュキセノンランプを、光焼結に使用してもよい。光焼結は、電気抵抗率が低く基板との接着が増大した導体を得るために、約１００℃未満の温度（例えば、周囲温度、または約２０℃）で実現してもよい。参照により本明細書に組み込まれている米国特許出願公開第２００８／０２８６４８８号は、光焼結プロセスについて記述している。
【００１７】
光焼結と熱焼結との間の比較を、表１に示す。
【００１８】
【表１】
【００１９】
銅ペーストＡＮＩ−１およびＡＮＩ−２に関する配合を、表２に示す。
【００２０】
【表２】
【００２１】
図３は、表１の銅導体に関する抵抗率（Ω・ｃｍ）対焼結温度を示す。ポイント３００は、フォーミングガス環境で銅ペーストＡＮＩ−１を熱焼結することによって形成された導体の、抵抗率約３×１０−４Ω・ｃｍを示す。ポイント３０２は、フォーミングガス環境で銅ペーストＡＮＩ−１を熱焼結し（ポイント３００）、その後、約２０℃の空気中で光焼結して形成された（１．２ミリ秒、１２００Ｖ）導電性膜の、抵抗率約２×１０−５Ω・ｃｍを示す。このように光焼結ステップは、抵抗率を約１桁低下させる。
【００２２】
ポイント３０４、３０６、および３０８は、約１００℃、約２００℃、および約３００℃の空気中で銅ペーストＡＮＩ−１を熱焼結することによって形成された導電性膜の、抵抗率約４．５×１０３Ω・ｃｍを示す。ポイント３１０は、空気中で銅ペーストＡＮＩ−１を熱焼結し（ポイント３０４、３０６、および３０８）、その後、約２０℃の空気中で光焼結する（１．２ミリ秒、１２００Ｖ）ことによって形成された導電性膜の、抵抗率約２×１０−４Ω・ｃｍを示す。このように光焼結ステップは、抵抗率を７桁以上低下させる。
【００２３】
ポイント３１２、３１４、および３１６は、それぞれ３００℃、３５０℃、５００℃のフォーミングガス（Ｎ２中４体積％Ｈ２）中でＡＮＩ−２ペースト（ナノ粒子のサイズ２００ｎｍ、添加剤または分散剤なし）を熱焼結することによって形成された導電性膜の、抵抗率約４×１０２Ω・ｃｍ、約２×１０２Ω・ｃｍ、および約２×１０−４Ω・ｃｍを示す。このように図３は、ある温度（例えば、場合によっては約４００℃）よりも低いと、光焼結を使用することによって、熱焼結のみで実現できるよりも低い抵抗率を実現できることを示す。
【００２４】
いくつかの実施形態では、乾燥金属ペーストを、中間の熱焼結ステップなしに光焼結してもよい。これは、高い熱焼結温度によって損傷を受ける基板にとって、有利と考えられる。光焼結プロセスでは低温であるので（例えば、１００℃よりも低い）、光焼結は、基板に損傷を与えることなくポリエチレンやポリエステル、難燃剤４などのポリマーを含む基板上の金属ペーストおよびインクから、１０−５Ω・ｃｍ程度またはそれ以下の抵抗率を有する導体を形成するのに（フォーミングガス環境を用いてまたは用いないで）使用することができる。
【００２５】
金属組成物（例えば、ペーストまたはインク）は、プリント基板上に相互接続を形成するのに使用してもよい。図４は、光焼結済み金属ペーストで形成された、印刷された金属相互接続４０２を有するアセンブリ４００を示す。アセンブリ４００は、２個以上のチップ４０６を備えた基板４０４（例えば、シリコン、セラミック、またはポリイミドやポリエステル、液晶ポリマーなどのフレキシブル有機基板）を含んでいてもよい。各チップ４０６は、その他のチップリード４０８に接続されていてもよい１つまたは複数の金属リード４０８を有していてもよい。光焼結ステップは、低温で実施することができるので、金属相互接続４０２は、基板４０４上でアセンブルされたチップ４０６同士の相互接続が得られるように、チップリード４０８に直接結合させることができる。
【００２６】
図５は、チップの金属リード４０８と金属相互接続４０２との間のビア５０２を充填するのに、光焼結済み金属組成物（例えば、ペーストまたはインク）から形成された相互接続４０２が使用される、アセンブリ５００を示す。基板４０４（例えば、シリコン、セラミック、またはポリイミドやポリエステル、液晶ポリマーなどのフレキシブル有機基板）は、その表面に配置された２個以上のチップ４０６であって、それぞれが１個または複数の金属リード４０８を有しているチップ４０６を含んでいてもよい。コンフォーマルコーティング５０６を、チップ４０６が覆われるように基板４０４上に印刷してもよい。金属チップリード４０８へのビア５０２の穴を開け、導電性銅ペーストで充填してもよい。次いで銅相互接続４０２をビア５０２の最上部に印刷し、それによってチップリード４０８を接続してもよい。このプロセスは、多層回路を製作するために繰り返すことができる。
【００２７】
高粘度銅ペースト（例えば、約１０，０００ｃＰから約６０，０００ｃＰ）は、太いラインの印刷が可能になるように、高い銅負荷（例えば、約５０重量％から約８０重量％）で調製してもよい。低抵抗率の太いラインは、多くの電子デバイスに必要とされる可能性がある高い電流密度を、保有することができる。銅ペーストは、図４および５の相互接続フィーチャ４０２の所望の形に印刷してもよく、または図５のビア５０２を充填するのに使用してもよい。銅ペーストの粘度およびぬれ特性は、種々の相互接続の寸法または種々のビアの直径および深さに合わせて、修正することができる。
【００２８】
本明細書に記述される金属ペーストは、相互接続の長さおよび電気抵抗を低下させるための、多層相互接続を作製するのに使用してもよい。その結果、より軽い重量であり、より小さい所有面積（ｒｅａｌ ｅｓｔａｔｅ）であり、ノイズが少なく、かつ電気シグナルの損失が少ない高密度相互接続を形成して、チップ間接続の改善をもたらすことができる。本明細書に記述される金属ペーストは、チップと基板の相互接続に関する回路設計の性能および信頼性が高まるよう、並びに鉛フリーはんだの使用によって引き起こされる可能性があるスズウィスカの成長リスク（およびその後の短絡）の危険性が除去されるよう、ワイヤボンディングプロセスをなくすのに使用してもよい。直接堆積することができ（例えば、スクリーン印刷）かつ光焼結することができる金属ペーストを使用することによって、多層基板の製造はより簡単になり、コストが少なくなる。
【００２９】
ある場合には、金属ペーストまたはインクから形成される導電性バンプは、集積回路とその他の電子回路構成との間のインターフェースを生成するのに使用することができる。図６は、基板４０４が集積回路４０６を支持する電子デバイス６００を示す。集積回路４０６は、基板４０４上に形成された金属バンプ６０２に電気接続される。金属バンプ６０２は、線６０４で集積回路４０６に接続される。いくつかの実施形態では、金属バンプ６０２は、銅ペーストまたはインクから形成され、線６０４は銅線である。
【００３０】
図７は、図６のアセンブリを形成するためのプロセス７００を示す。ステップ７０２では、金属インクまたはペーストの液滴を、このインクまたはペーストの性質（例えば、粘度）に応じて選択された方法により、基板上に堆積させる。基板は、例えばポリイミドなどのポリマーであってもよい。ステップ７０４では、線の一部（例えば、線の一端）をこの液滴に挿入する。ステップ７０６では、液滴６０２を硬化する（例えば、熱焼結または光焼結など）。線の別の部分（例えば、他端）は、例えば集積回路に固定してもよい。光焼結は、金属バルク膜への金属ナノ粒子の融合と共に、金属酸化物の除去を促進させる（例えば、酸化銅から銅への還元によって）。焼結ステップ後、線を固体金属バンプに固定し、その結果、線と、金属バンプが接着される基板との間の電気接続が得られる。
【００３１】
図８は、基板４０４上に堆積し光焼結した金属インクまたはペーストから形成された導電性ラインまたはパッド８０２を含む、デバイス８００を示す。導電性ラインまたはパッドは、例えば、約０．１μｍの厚さであってもよい。基板４０４は、ＫＡＰＴＯＮ（登録商標）などのポリマー材料を含んでいてもよい。ボンディングワイヤ８０４は、光焼結させた銅パッド８０２の最上部に位置決めされている。ボンディングワイヤ８０４は、例えば、直径が約２５μｍであってもよい。金属インクまたはペーストの液滴（例えば、直径が約４０〜６０μｍ）８０６は、導電性パッド／ボンディングワイヤ接合８０８に堆積され、液滴が乾燥するようにベークされる（例えば、１００℃で３０分）。次いで液滴を光焼結し、その抵抗を、ワイヤ接合８０８を通して測定する。
【００３２】
図９Ａ〜９Ｆは、図８に関して記述されたプロセスにおける、様々な段階の写真である。図９Ａおよび９Ｃは、光焼結前に銅の液滴８０６に挿入された銅線８０４を示す。図９Ｂおよび９Ｄ〜Ｆは、光焼結後の銅バンプ９００を示す。
【００３３】
ある場合には、図１０に示されるように、金属バンプはコンプライアント性を有していてもよい。コンプライアントバンプ１０００は、コンプライアントポリマー材料１００２を基板４０４上に堆積することによって形成してもよい。次いで金属インクまたはペースト１００４を、ポリマー材料１００２上に堆積する。線を金属インクまたはペースト１００４に挿入し、液滴を硬化（例えば、光焼結）することにより、この線を硬化済みの金属導体に固定することができる。このプロセスは、１００℃未満の温度で行うことができる。
【００３４】
製造コストは、いくつかの理由で、金ではなく例えば銅で金属バンプを形成した場合に削減することができる。第１に、銅の液滴は、選択された印刷技法により精密に位置決めすることができる（例えば、銅インクは、インクジェット印刷することができる。）。第２に、銅バンプは１００℃未満で硬化（例えば、光焼結）することができるので、より広いアレイの基板材料を、高温プロセスによる損傷なしに使用することができる。第３に、銅バンプを低温で硬化することができるので、焼結は、チップパッドと導電性バンプとの間の結合中に生じる金属酸化を最小限に抑えた状態で、空気環境（不活性環境ではない）で引き起こすことができる。
【００３５】
本発明について、その詳細な記述と併せて述べてきたが、先の記述は例示であって本発明の範囲を限定するものではなく、その範囲は添付される特許請求の範囲によって定義されることを理解されたい。その他の態様、利点、および修正例は、以下の特許請求の範囲内にある。
【符号の説明】
【００３６】
４００ アセンブリ
４０２ 金属相互接続
４０４ 基板
４０６ チップ
４０８ チップリード
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、その開示全体が参照により本明細書に組み込まれているＲｏｕｎｄｈｉｌｌらの米国仮出願第６１／０７７，７１１号およびＲｏｕｎｄｈｉｌｌらの同第６１／０８１，５３９号の優先権を主張するものである。
【０００２】
この文書は、導電率が改善された金属導体を形成するのに使用することができる、金属ペーストおよびインクに関する。
【背景技術】
【０００３】
金属インクのような金属ペーストは、金属ナノ粒子、液体ビヒクル、分散剤、およびその他の添加剤と共に配合することができる。添加剤は、粘度、ぬれ性、および選択された基板に対する接触角などの物理的性質を変化させるために含めることができる。インク（例えば、約５０００ｃＰ未満）に比べてより高い粘度のペースト（例えば、約１０，０００ｃＰから約６０，０００ｃＰ）は、金属ナノ粒子の持続的分散を容易にする。金属インクまたはペーストの使用は、印刷法および基板を含めたいくつかの因子をベースにすることができる。低粘度のインク（例えば、約２０ｃＰ未満、または約１０ｃＰから約２０ｃＰの間）は、インクジェット印刷またはエアロゾル印刷することができる。ペーストは、インクジェット印刷するには粘度が高すぎ、スクリーン印刷またはより高い粘度に適したその他の方法によって付着させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国仮出願第６１／０７７，７１１号
【特許文献２】米国仮出願第６１／０８１，５３９号
【特許文献３】米国特許出願公開第２００８／０２８６４８８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、一部の金属ペーストまたはインクは、不活性雰囲気中で高温で、即ち、フレキシブルエレクトロニクス（例えば、ポリマー基板を有する）などのある特定の適用例で不適切となり得る状態に、加熱する必要があると考えられる。さらに、一部の金属ペーストまたはインクは、高沸点を有する１種または複数の液体成分を含む。高沸点成分を有する金属ペーストまたはインクを、空気中で低速熱焼結プロセスによって硬化した場合、高沸点成分は不揮発性生成物を形成し、それが硬化した導体中に残る可能性がある。不揮発性生成物への熱分解は、不活性雰囲気における熱焼結中でも可能性があり、汚染された導体および比較的高い抵抗率をもたらす可能性がある。場合によっては、液体ビヒクルからの有機残留物が、導体と基板との間の接着を劣化させ、金属導体の品質を低下させる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】金属組成物の調製を示すフローチャートである。
【図２】光焼結を含むプロセスによって金属導体を形成するためのプロセスを示す、フローチャートである。
【図３】熱焼結および光焼結によって形成された銅導体に関する、抵抗率対プロセス温度をプロットした図である。
【図４】金属組成物から作製された印刷導体によって相互接続されたチップを有する、アセンブリを示す図である。
【図５】金属組成物から作製された印刷導体によって、ビアを通して相互接続されたチップを有する、アセンブリを示す図である。
【図６】光焼結済み金属バンプに固定された、線を示す図である。
【図７】光焼結済み金属バンプの形成におけるステップを示す図である。
【図８】光焼結済み金属バンプ同士の間に固定された、金属線を示す図である。
【図９Ａ】光焼結済み銅バンプに銅線を固定する様々な段階を示す写真である。
【図９Ｂ】光焼結済み銅バンプに銅線を固定する様々な段階を示す写真である。
【図９Ｃ】光焼結済み銅バンプに銅線を固定する様々な段階を示す写真である。
【図９Ｄ】光焼結済み銅バンプに銅線を固定する様々な段階を示す写真である。
【図９Ｅ】光焼結済み銅バンプに銅線を固定する様々な段階を示す写真である。
【図９Ｆ】光焼結済み銅バンプに銅線を固定する様々な段階を示す写真である。
【図１０】コンプライアントな光焼結済み金属バンプを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
低温加工向けに配合された金属組成物（例えば、インクおよびペースト）は、導電性接着剤としてプリンテッドエレクトロニクスの製造で使用するのに、または、電極や相互接続などの様々な電気部品および回路の製造およびアセンブリを含むその他の用途で使用するのに適している。金属組成物は、光焼結に適切な光学的に透明なビヒクル中に、金属ナノ粒子（例えば、銅、ニッケル、銀、金、アルミニウム、コバルト、モリブデン、および亜鉛など）を含む。これら組成物中のナノ粒子は、サイズおよびパッシベーションコーティングに応じて選択してもよく、この組成物は、精密な印刷が可能になるよう配合してもよい。印刷された組成物中のナノ粒子は、プラスチック基板に適合する温度で、バルク金属膜またはラインに硬化してもよい（例えば、光焼結、熱焼結、またはその両方）。
【０００８】
本明細書に記述される金属組成物は、液体ビヒクルからの有機残留物の量が少ない硬化済みの導体が得られるように、配合される。金属組成物は、光焼結プロセスを使用して金属導体が生成されるように、焼結してもよい（例えば、約５ミリ秒未満、約２ミリ秒未満、または約１ミリ秒未満）。この光焼結プロセスでは、高強度光パルス（例えば、約５０，０００、１００，０００、または１５０，０００ルクス、またはそれ以上）が、組成物中の金属ナノ粒子によって吸収され、次いで熱に変換される。その結果、金属組成物は、有機成分が熱酸化しまたは分解する前にこの成分を素早く蒸発させる、短い高熱パルスに曝すことができる。金属組成物（例えば、ペーストおよびインク）のこの光焼結は、より低い温度で形成されてよい高い導電率と、一部の熱焼結プロセスのみよりも低い抵抗率とを有する導体をもたらす。
【０００９】
いくつかの実施形態では、本明細書に記述される金属組成物は、ポリマー基板上の組成物の光焼結および／または熱焼結（例えば、空気中またはフォーミングガス中）によってより低い抵抗率を有する導体が得られるように、配合してもよい。例えば、本明細書に記述される銅ペーストから作製された銅導体は、約１×１０−３Ω・ｃｍから約１×１０−６Ω・ｃｍの間の抵抗率を有していてもよい。即ち、銅導体は、約１×１０−３Ω・ｃｍ未満、約１×１０−４Ω・ｃｍ未満、約１×１０−５Ω・ｃｍ未満、または約１×１０−６Ω・ｃｍよりも大きい抵抗率を有していてもよい。
【００１０】
高導電率（低抵抗率）を有する導体の形成に使用される、金属組成物を調製する実施形態を、図１に示す。調製１００は、不活性雰囲気中で行ってもよい。ステップ１０２では、所望の量（例えば、体積）の液体ビヒクルを調製する。液体ビヒクルは、例えば、芳香族、脂肪族ケトンおよびアルコール、エステル、およびこれらの任意の組合せを含んでいてもよい。ビヒクルが複数の成分を含む場合、これらの成分を、一緒に混合してもよい。ステップ１０４では、１種または複数の分散剤をビヒクルに添加し、その混合物を撹拌して（例えば、攪拌、振盪、混合、または超音波処理など）、均質性を実現してもよい。分散剤は、例えば、短鎖ポリマーアミン、アルコール、スルホネート、ホスフェート、およびこれらの任意の組合せを含んでいてもよい。ステップ１０６では、ある量の金属ナノ粒子（例えば、ナノ粉末の形をとる）をビヒクルに添加して、所望の銅負荷を実現してもよい。いくつかの実施形態では、ナノ粉末は、組成物の約３０重量％から約７０重量％の間、または約５０重量％から約８０重量％の間であってもよい。次いでこの不均質混合物を撹拌して、ペーストを形成する。ステップ１０８では、ペーストを超音波処理して均質分散系を形成してもよい。超音波処理は、低エネルギーおよび短時間（例えば、約１０分未満、約２から８分、または約５分）で実現されてよい。超音波処理浴の液体は、冷却してもよい（例えば、約０℃に）。超音波処理時間が長すぎる場合、または超音波処理エネルギーが高すぎる場合、キャビテーションによって、許容されないほど高い温度にまで局所的な加熱が引き起こされ、金属ナノ粒子の凝集または集塊形成をもたらす可能性がある。金属ナノ粒子の凝集または凝塊形成の阻害は、超音波処理手順中に金属ペーストを冷却することにより（例えば、約０℃まで）、促進させることができる。金属ナノ粒子の凝集または凝塊形成は、焼結ステップでより大きな粒子サイズおよびより低い性能をもたらす可能性がある。凝集は、銅−銅化学結合形成を引き起こす可能性があるので、銅ナノ粒子にとっては問題になる可能性がある。これらの銅−銅結合は、それに続く機械的作用により破壊することができない場合がある。ステップ１１０では、粘度、ぬれ性、または接触角などの性質を調節するよう選択された添加剤を添加し、ペーストと混合してもよい。添加剤は、共有結合化合物、イオン化合物、またはこれらの任意の組合せであってもよい。
【００１１】
図１に示されるように調製された金属ペーストは、光焼結プロセスによって導体（例えば、導電性膜）に形成してもよい。例えば、金属ペーストは、ドローダウンプロセスによって基板（例えば、ＤｕＰｏｎｔから入手可能なＫＡＰＴＯＮ（登録商標）ポリイミド膜）上にコーティングしてもよい。光焼結プロセスは、金属ナノ粒子を例えば金属膜に光焼結する光照射の前に、予備乾燥ステップを含んでいてもよい。例えばコーティングは、空気中、約１００℃で、約６０分間乾燥させてもよい。このステップは、印刷されたペーストからの揮発性成分の除去を促進させる。揮発性成分がペースト中に残される場合、光焼結ステップ中の素早い気化によって、金属ナノ粒子は基板から吹き飛ばされる可能性がある。乾燥後、乾燥したペーストの抵抗率は、例えば１００Ω・ｃｍ程度に高くなる可能性がある。いくつかの実施形態では、乾燥時間は、より高い温度を使用し、真空中で乾燥ステップを実施し、または赤外線もしくはマイクロ波放射線の下で加熱することによって、短縮してもよい。揮発性液体成分を含有しない銅ペーストでは、乾燥ステップを排除して加工時間を短縮することができる。
【００１２】
乾燥ペーストは、フォーミングガス中または空気中で硬化してもよい。例えば、乾燥ペーストは、窒素中に約１０体積％までの水素が存在する（例えば、窒素中に約３〜５体積％の水素が存在する）混合物中で約６０分間、約３５０℃で熱焼結してもよい。約２０ｎｍから約２００ｎｍの範囲のナノ粒子を有する銅ペーストの場合、熱焼結した膜の抵抗率は、約３×１０−４Ω・ｃｍであってもよい。フォーミングガスは、乾燥ペースト中の酸化銅を、銅に還元することができる。例えば、フォーミングガス中の水素成分は、以下に示すように、酸化銅と反応して銅および水を形成する：
ＣｕＯ＋Ｈ２→Ｃｕ＋Ｈ２Ｏ
および
Ｃｕ２Ｏ＋Ｈ２→２Ｃｕ＋Ｈ２Ｏ
水蒸気は、フォーミングガス中に持ち去ることができる。
【００１３】
熱焼結した金属組成物は、フォーミングガス中または空気中で光焼結することにより、その抵抗率を低下させてもよい。光焼結は、金属組成物を光の照射に曝すステップを含む。光照射の強度（電圧によって測定されたもの）および持続時間（パルス幅によって測定されたもの）は、基板から金属粒子が吹き飛ばされるのを少なくするために、得られる導体の抵抗率を低下させるために、および得られる導体と基板との接着を増大させるために、選択してもよい。ある実施例では、空気中で熱焼結した銅導体を光焼結した後、導体の厚さは約１μｍであってもよく、導体の抵抗率は約２×１０−５Ω・ｃｍであってもよい。
【００１４】
金属ペーストは、空気中でまたは不活性雰囲気中で乾燥してもよい。金属ペーストまたは乾燥金属ペーストは、金属導体が形成されるように熱硬化してもよい。熱焼結した導体は、導体の抵抗率が低下するように光焼結してもよい。ある場合には、乾燥金属ペーストは、熱焼結を行うことなく光焼結することができる。図２は、金属組成物から低抵抗率の導体を形成するためのプロセス２００を示す。ステップ２０２では、金属ペーストを基板に付着させる。ステップ２０４では、基板を加熱して（例えば、炉内で約６０分間、約１００℃で）、ペーストを乾燥させてもよい。ステップ２０６では、乾燥ペーストを熱焼結してもよい。
【００１５】
ある実施例では、熱焼結は、下記のステップを含んでいてもよい。乾燥金属ペーストを有する基板を、室温で石英管内に投入する。石英管を排気する（例えば、約１００ｍＴｏｒｒに）。石英管を加熱し（例えば、約３５０℃まで）、温度が安定するまでフォーミングガス（例えば、約４体積％の水素を窒素と混合したもの）でパージしてもよい。コーティング付き基板は、約６０分間、３５０℃で加熱してもよい。フォーミングガスおよびヒータを停止させた後、石英管を不活性ガス（例えば、窒素）でパージして、基板を冷却（例えば、１００℃よりも低く）してもよい。熱焼結した導体を有する基板は、石英管から取り出すことができる。
【００１６】
ステップ２０８では、乾燥しまたは熱焼結した金属ペーストを、光焼結する。高電圧フラッシュキセノンランプを、光焼結に使用してもよい。光焼結は、電気抵抗率が低く基板との接着が増大した導体を得るために、約１００℃未満の温度（例えば、周囲温度、または約２０℃）で実現してもよい。参照により本明細書に組み込まれている米国特許出願公開第２００８／０２８６４８８号は、光焼結プロセスについて記述している。
【００１７】
光焼結と熱焼結との間の比較を、表１に示す。
【００１８】
【表１】
【００１９】
銅ペーストＡＮＩ−１およびＡＮＩ−２に関する配合を、表２に示す。
【００２０】
【表２】
【００２１】
図３は、表１の銅導体に関する抵抗率（Ω・ｃｍ）対焼結温度を示す。ポイント３００は、フォーミングガス環境で銅ペーストＡＮＩ−１を熱焼結することによって形成された導体の、抵抗率約３×１０−４Ω・ｃｍを示す。ポイント３０２は、フォーミングガス環境で銅ペーストＡＮＩ−１を熱焼結し（ポイント３００）、その後、約２０℃の空気中で光焼結して形成された（１．２ミリ秒、１２００Ｖ）導電性膜の、抵抗率約２×１０−５Ω・ｃｍを示す。このように光焼結ステップは、抵抗率を約１桁低下させる。
【００２２】
ポイント３０４、３０６、および３０８は、約１００℃、約２００℃、および約３００℃の空気中で銅ペーストＡＮＩ−１を熱焼結することによって形成された導電性膜の、抵抗率約４．５×１０３Ω・ｃｍを示す。ポイント３１０は、空気中で銅ペーストＡＮＩ−１を熱焼結し（ポイント３０４、３０６、および３０８）、その後、約２０℃の空気中で光焼結する（１．２ミリ秒、１２００Ｖ）ことによって形成された導電性膜の、抵抗率約２×１０−４Ω・ｃｍを示す。このように光焼結ステップは、抵抗率を７桁以上低下させる。
【００２３】
ポイント３１２、３１４、および３１６は、それぞれ３００℃、３５０℃、５００℃のフォーミングガス（Ｎ２中４体積％Ｈ２）中でＡＮＩ−２ペースト（ナノ粒子のサイズ２００ｎｍ、添加剤または分散剤なし）を熱焼結することによって形成された導電性膜の、抵抗率約４×１０２Ω・ｃｍ、約２×１０２Ω・ｃｍ、および約２×１０−４Ω・ｃｍを示す。このように図３は、ある温度（例えば、場合によっては約４００℃）よりも低いと、光焼結を使用することによって、熱焼結のみで実現できるよりも低い抵抗率を実現できることを示す。
【００２４】
いくつかの実施形態では、乾燥金属ペーストを、中間の熱焼結ステップなしに光焼結してもよい。これは、高い熱焼結温度によって損傷を受ける基板にとって、有利と考えられる。光焼結プロセスでは低温であるので（例えば、１００℃よりも低い）、光焼結は、基板に損傷を与えることなくポリエチレンやポリエステル、難燃剤４などのポリマーを含む基板上の金属ペーストおよびインクから、１０−５Ω・ｃｍ程度またはそれ以下の抵抗率を有する導体を形成するのに（フォーミングガス環境を用いてまたは用いないで）使用することができる。
【００２５】
金属組成物（例えば、ペーストまたはインク）は、プリント基板上に相互接続を形成するのに使用してもよい。図４は、光焼結済み金属ペーストで形成された、印刷された金属相互接続４０２を有するアセンブリ４００を示す。アセンブリ４００は、２個以上のチップ４０６を備えた基板４０４（例えば、シリコン、セラミック、またはポリイミドやポリエステル、液晶ポリマーなどのフレキシブル有機基板）を含んでいてもよい。各チップ４０６は、その他のチップリード４０８に接続されていてもよい１つまたは複数の金属リード４０８を有していてもよい。光焼結ステップは、低温で実施することができるので、金属相互接続４０２は、基板４０４上でアセンブルされたチップ４０６同士の相互接続が得られるように、チップリード４０８に直接結合させることができる。
【００２６】
図５は、チップの金属リード４０８と金属相互接続４０２との間のビア５０２を充填するのに、光焼結済み金属組成物（例えば、ペーストまたはインク）から形成された相互接続４０２が使用される、アセンブリ５００を示す。基板４０４（例えば、シリコン、セラミック、またはポリイミドやポリエステル、液晶ポリマーなどのフレキシブル有機基板）は、その表面に配置された２個以上のチップ４０６であって、それぞれが１個または複数の金属リード４０８を有しているチップ４０６を含んでいてもよい。コンフォーマルコーティング５０６を、チップ４０６が覆われるように基板４０４上に印刷してもよい。金属チップリード４０８へのビア５０２の穴を開け、導電性銅ペーストで充填してもよい。次いで銅相互接続４０２をビア５０２の最上部に印刷し、それによってチップリード４０８を接続してもよい。このプロセスは、多層回路を製作するために繰り返すことができる。
【００２７】
高粘度銅ペースト（例えば、約１０，０００ｃＰから約６０，０００ｃＰ）は、太いラインの印刷が可能になるように、高い銅負荷（例えば、約５０重量％から約８０重量％）で調製してもよい。低抵抗率の太いラインは、多くの電子デバイスに必要とされる可能性がある高い電流密度を、保有することができる。銅ペーストは、図４および５の相互接続フィーチャ４０２の所望の形に印刷してもよく、または図５のビア５０２を充填するのに使用してもよい。銅ペーストの粘度およびぬれ特性は、種々の相互接続の寸法または種々のビアの直径および深さに合わせて、修正することができる。
【００２８】
本明細書に記述される金属ペーストは、相互接続の長さおよび電気抵抗を低下させるための、多層相互接続を作製するのに使用してもよい。その結果、より軽い重量であり、より小さい所有面積（ｒｅａｌ ｅｓｔａｔｅ）であり、ノイズが少なく、かつ電気シグナルの損失が少ない高密度相互接続を形成して、チップ間接続の改善をもたらすことができる。本明細書に記述される金属ペーストは、チップと基板の相互接続に関する回路設計の性能および信頼性が高まるよう、並びに鉛フリーはんだの使用によって引き起こされる可能性があるスズウィスカの成長リスク（およびその後の短絡）の危険性が除去されるよう、ワイヤボンディングプロセスをなくすのに使用してもよい。直接堆積することができ（例えば、スクリーン印刷）かつ光焼結することができる金属ペーストを使用することによって、多層基板の製造はより簡単になり、コストが少なくなる。
【００２９】
ある場合には、金属ペーストまたはインクから形成される導電性バンプは、集積回路とその他の電子回路構成との間のインターフェースを生成するのに使用することができる。図６は、基板４０４が集積回路４０６を支持する電子デバイス６００を示す。集積回路４０６は、基板４０４上に形成された金属バンプ６０２に電気接続される。金属バンプ６０２は、線６０４で集積回路４０６に接続される。いくつかの実施形態では、金属バンプ６０２は、銅ペーストまたはインクから形成され、線６０４は銅線である。
【００３０】
図７は、図６のアセンブリを形成するためのプロセス７００を示す。ステップ７０２では、金属インクまたはペーストの液滴を、このインクまたはペーストの性質（例えば、粘度）に応じて選択された方法により、基板上に堆積させる。基板は、例えばポリイミドなどのポリマーであってもよい。ステップ７０４では、線の一部（例えば、線の一端）をこの液滴に挿入する。ステップ７０６では、液滴６０２を硬化する（例えば、熱焼結または光焼結など）。線の別の部分（例えば、他端）は、例えば集積回路に固定してもよい。光焼結は、金属バルク膜への金属ナノ粒子の融合と共に、金属酸化物の除去を促進させる（例えば、酸化銅から銅への還元によって）。焼結ステップ後、線を固体金属バンプに固定し、その結果、線と、金属バンプが接着される基板との間の電気接続が得られる。
【００３１】
図８は、基板４０４上に堆積し光焼結した金属インクまたはペーストから形成された導電性ラインまたはパッド８０２を含む、デバイス８００を示す。導電性ラインまたはパッドは、例えば、約０．１μｍの厚さであってもよい。基板４０４は、ＫＡＰＴＯＮ（登録商標）などのポリマー材料を含んでいてもよい。ボンディングワイヤ８０４は、光焼結させた銅パッド８０２の最上部に位置決めされている。ボンディングワイヤ８０４は、例えば、直径が約２５μｍであってもよい。金属インクまたはペーストの液滴（例えば、直径が約４０〜６０μｍ）８０６は、導電性パッド／ボンディングワイヤ接合８０８に堆積され、液滴が乾燥するようにベークされる（例えば、１００℃で３０分）。次いで液滴を光焼結し、その抵抗を、ワイヤ接合８０８を通して測定する。
【００３２】
図９Ａ〜９Ｆは、図８に関して記述されたプロセスにおける、様々な段階の写真である。図９Ａおよび９Ｃは、光焼結前に銅の液滴８０６に挿入された銅線８０４を示す。図９Ｂおよび９Ｄ〜Ｆは、光焼結後の銅バンプ９００を示す。
【００３３】
ある場合には、図１０に示されるように、金属バンプはコンプライアント性を有していてもよい。コンプライアントバンプ１０００は、コンプライアントポリマー材料１００２を基板４０４上に堆積することによって形成してもよい。次いで金属インクまたはペースト１００４を、ポリマー材料１００２上に堆積する。線を金属インクまたはペースト１００４に挿入し、液滴を硬化（例えば、光焼結）することにより、この線を硬化済みの金属導体に固定することができる。このプロセスは、１００℃未満の温度で行うことができる。
【００３４】
製造コストは、いくつかの理由で、金ではなく例えば銅で金属バンプを形成した場合に削減することができる。第１に、銅の液滴は、選択された印刷技法により精密に位置決めすることができる（例えば、銅インクは、インクジェット印刷することができる。）。第２に、銅バンプは１００℃未満で硬化（例えば、光焼結）することができるので、より広いアレイの基板材料を、高温プロセスによる損傷なしに使用することができる。第３に、銅バンプを低温で硬化することができるので、焼結は、チップパッドと導電性バンプとの間の結合中に生じる金属酸化を最小限に抑えた状態で、空気環境（不活性環境ではない）で引き起こすことができる。
【００３５】
本発明について、その詳細な記述と併せて述べてきたが、先の記述は例示であって本発明の範囲を限定するものではなく、その範囲は添付される特許請求の範囲によって定義されることを理解されたい。その他の態様、利点、および修正例は、以下の特許請求の範囲内にある。
【符号の説明】
【００３６】
４００ アセンブリ
４０２ 金属相互接続
４０４ 基板
４０６ チップ
４０８ チップリード
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶媒と、その内部に分散された複数の金属ナノ粒子とを含む、金属ペーストであって、前記金属ペーストの硬化によって約５×１０−４Ω・ｃｍ以下の抵抗率を有する金属導体が得られるように配合される、金属ペースト。
【請求項２】
前記金属ナノ粒子が銅を含む、請求項１に記載の金属ペースト。
【請求項３】
前記硬化が熱焼結を含む、請求項１に記載の金属ペースト。
【請求項４】
前記硬化が、水素および窒素を含むフォーミングガス中での熱焼結を含む、請求項３に記載の金属ペースト。
【請求項５】
前記硬化が光焼結を含む、請求項１に記載の金属ペースト。
【請求項６】
前記硬化が、周囲温度の空気中での光焼結を含む、請求項５に記載の金属ペースト。
【請求項７】
前記光焼結に先行して前記金属ペーストの熱焼結が行われる、請求項５に記載の金属ペースト。
【請求項８】
前記金属ペーストの熱焼結が、フォーミングガス中で実施される、請求項７に記載の金属ペースト。
【請求項９】
前記硬化が約３５０℃以下の温度で生ずる、請求項１に記載の金属ペースト。
【請求項１０】
ポリマー基板上で硬化される、請求項１に記載の金属ペースト。
【請求項１１】
前記金属ナノ粒子が、約５０ｎｍから約２００ｎｍの平均直径を有する、請求項１に記載の金属ペースト。
【請求項１２】
約５×１０−４Ω・ｃｍ以下の抵抗率を有する金属導体が得られるように金属ペーストを硬化するステップを含む、金属導体を作製する方法。
【請求項１３】
前記金属ペーストが銅ナノ粒子を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記硬化するステップが、フォーミングガス中での熱焼結を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記フォーミングガスが、水素および窒素を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記硬化するステップが光焼結を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記硬化するステップが、周囲温度の空気中での光焼結を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記光焼結の前に、前記金属ペーストを熱焼結するステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記光焼結の前に、フォーミングガス中で前記金属ペーストを熱焼結するステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記硬化するステップが、約３５０°以下の温度で引き起こされる、請求項１２に記載の方法。
【請求項２１】
硬化した金属ペーストまたはインクを含む金属導体によって相互接続された、第１および第２の電気構成要素を含む、電気アセンブリであって、前記金属導体は、約５×１０−４Ω・ｃｍ以下の抵抗率を有する電気アセンブリ。
【請求項２２】
前記金属ペーストまたはインクが銅ナノ粒子を含む、請求項２１に記載の電気アセンブリ。
【請求項２３】
前記硬化した金属ペーストまたはインクが、熱焼結した金属ペーストまたはインクを含む、請求項２１に記載の電気アセンブリ。
【請求項２４】
前記硬化した金属ペーストまたはインクが、光焼結した金属ペーストまたはインクを含む、請求項２１に記載の電気アセンブリ。
【請求項２５】
前記金属導体が、約２×１０−５Ω・ｃｍ以下の抵抗率を有する、請求項２１に記載の電気アセンブリ。
【請求項２６】
前記金属導体が、前記第１および第２の電気構成要素と直接接触する、請求項２１に記載の電気アセンブリ。
【請求項２７】
前記金属導体が、熱焼結または光焼結された金属ペーストで充填されたビアを通して前記第１および第２の電気構成要素に接続される、請求項２１に記載の電気アセンブリ。
【請求項２８】
金属ナノ粒子を含む金属組成物の液滴を基板上に堆積するステップと；
前記液滴に金属線の一部を挿入するステップと；
前記金属組成物を焼結するステップと；
固化した金属組成物に前記線を固定するステップと
を含む、線を導体に固定する方法。
【請求項２９】
前記金属組成物を焼結した後に、前記金属線の一部を前記金属組成物に挿入する、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記金属ナノ粒子が銅を含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項１】
溶媒と、その内部に分散された複数の金属ナノ粒子とを含む、金属ペーストであって、前記金属ペーストの硬化によって約５×１０−４Ω・ｃｍ以下の抵抗率を有する金属導体が得られるように配合される、金属ペースト。
【請求項２】
前記金属ナノ粒子が銅を含む、請求項１に記載の金属ペースト。
【請求項３】
前記硬化が熱焼結を含む、請求項１に記載の金属ペースト。
【請求項４】
前記硬化が、水素および窒素を含むフォーミングガス中での熱焼結を含む、請求項３に記載の金属ペースト。
【請求項５】
前記硬化が光焼結を含む、請求項１に記載の金属ペースト。
【請求項６】
前記硬化が、周囲温度の空気中での光焼結を含む、請求項５に記載の金属ペースト。
【請求項７】
前記光焼結に先行して前記金属ペーストの熱焼結が行われる、請求項５に記載の金属ペースト。
【請求項８】
前記金属ペーストの熱焼結が、フォーミングガス中で実施される、請求項７に記載の金属ペースト。
【請求項９】
前記硬化が約３５０℃以下の温度で生ずる、請求項１に記載の金属ペースト。
【請求項１０】
ポリマー基板上で硬化される、請求項１に記載の金属ペースト。
【請求項１１】
前記金属ナノ粒子が、約５０ｎｍから約２００ｎｍの平均直径を有する、請求項１に記載の金属ペースト。
【請求項１２】
約５×１０−４Ω・ｃｍ以下の抵抗率を有する金属導体が得られるように金属ペーストを硬化するステップを含む、金属導体を作製する方法。
【請求項１３】
前記金属ペーストが銅ナノ粒子を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記硬化するステップが、フォーミングガス中での熱焼結を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記フォーミングガスが、水素および窒素を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記硬化するステップが光焼結を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記硬化するステップが、周囲温度の空気中での光焼結を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記光焼結の前に、前記金属ペーストを熱焼結するステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記光焼結の前に、フォーミングガス中で前記金属ペーストを熱焼結するステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記硬化するステップが、約３５０°以下の温度で引き起こされる、請求項１２に記載の方法。
【請求項２１】
硬化した金属ペーストまたはインクを含む金属導体によって相互接続された、第１および第２の電気構成要素を含む、電気アセンブリであって、前記金属導体は、約５×１０−４Ω・ｃｍ以下の抵抗率を有する電気アセンブリ。
【請求項２２】
前記金属ペーストまたはインクが銅ナノ粒子を含む、請求項２１に記載の電気アセンブリ。
【請求項２３】
前記硬化した金属ペーストまたはインクが、熱焼結した金属ペーストまたはインクを含む、請求項２１に記載の電気アセンブリ。
【請求項２４】
前記硬化した金属ペーストまたはインクが、光焼結した金属ペーストまたはインクを含む、請求項２１に記載の電気アセンブリ。
【請求項２５】
前記金属導体が、約２×１０−５Ω・ｃｍ以下の抵抗率を有する、請求項２１に記載の電気アセンブリ。
【請求項２６】
前記金属導体が、前記第１および第２の電気構成要素と直接接触する、請求項２１に記載の電気アセンブリ。
【請求項２７】
前記金属導体が、熱焼結または光焼結された金属ペーストで充填されたビアを通して前記第１および第２の電気構成要素に接続される、請求項２１に記載の電気アセンブリ。
【請求項２８】
金属ナノ粒子を含む金属組成物の液滴を基板上に堆積するステップと；
前記液滴に金属線の一部を挿入するステップと；
前記金属組成物を焼結するステップと；
固化した金属組成物に前記線を固定するステップと
を含む、線を導体に固定する方法。
【請求項２９】
前記金属組成物を焼結した後に、前記金属線の一部を前記金属組成物に挿入する、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記金属ナノ粒子が銅を含む、請求項２８に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図９Ｄ】
【図９Ｅ】
【図９Ｆ】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図９Ｄ】
【図９Ｅ】
【図９Ｆ】
【図１０】
【公表番号】特表２０１１−５２７０８９（Ｐ２０１１−５２７０８９Ａ）
【公表日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５１６８７３（Ｐ２０１１−５１６８７３）
【出願日】平成２１年７月２日（２００９．７．２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０４９５１０
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／００３０５６
【国際公開日】平成２２年１月７日（２０１０．１．７）
【出願人】（５０５１３１５２２）アプライド・ナノテック・ホールディングス・インコーポレーテッド (27)
【出願人】（０００１９７９７５）石原薬品株式会社 (83)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月２日（２００９．７．２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０４９５１０
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／００３０５６
【国際公開日】平成２２年１月７日（２０１０．１．７）
【出願人】（５０５１３１５２２）アプライド・ナノテック・ホールディングス・インコーポレーテッド (27)
【出願人】（０００１９７９７５）石原薬品株式会社 (83)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]