液状组合物
本发明提供能形成基板粘附性、低体积电阻率、深部金属性优良的金属铜膜和金属铜图案的液状组合物。其含有铜氧化物、和金属状的过渡金属或合金或者包含金属元素的过渡金属配合物、及25℃下的蒸气压小于1.34×103Pa的溶剂,所述铜氧化物、和金属状的过渡金属或合金或者包含金属元素的过渡金属配合物被分散为其平均分散粒径成为500nm以下且最大分散粒径成为2μm以下,所述铜氧化物的含量相对于所述铜氧化物、和金属状的过渡金属或合金或者包含金属元素的过渡金属配合物、及溶剂的总量100体积份为1~80体积份,所述过渡金属、合金、或过渡金属配合物分别为选自由Cu、Pd、Pt、Ag、Au及Rh组成的组中的金属、或包含该金属的合金、或包含该金属元素的配合物。
金属铜具有高导电性和导热性,被广泛用作导体布线材料、传热材料、换热材料、 放热材料。
另一方面,喷墨、喷射分配(jet dispenser)、针头分配(needle dispenser)、分配 (dispenser)、有版印刷由于能够在不使用光致抗蚀工艺的条件下将液状的材料涂布成任 意形状,因此从按需生产、省力化、省材料化、低成本化的观点出发受到关注。特别是,通过 能够非接触地成形的喷墨、喷射分配,能对隆起或曲面、小面积进行印刷,能形成通过有版 印刷无法得到的图案。
作为通过这样的印刷形成金属铜图案的印刷油墨,提出了金属铜纳米粒子(例如 参照专利文献1)的分散液或者金属配合物(例如参照专利文献2)的溶液或分散液。但是, 铜在室温下氧化状态稳定且一定包含氧化状态的铜原子,因此,作为金属铜,为了表现出导 体、导热性,需要将氧化状态的铜原子还原,进而形成为金属铜的连续体。
另外,对于使用了金属铜纳米粒子的印刷油墨,在使用前包含分散剂时,需要进行 分散剂的去除,并且需要将铜氧化物还原,将金属铜粒子彼此烧结、熔合而形成为连续体。 作为这样的分散剂的去除和/或还原烧结方法,可以列举出:(a)通过RF等离子体(例如 参照专利文献3)或热线法(也称为热丝法)(例如参照专利文献4)将氢活化来使用、(b) 氢气氛下的氙气闪光照射、(c)与3价以上的多元醇进行加热(例如参照专利文献5)、(d) 氢气中的加热等。
但是,在这样的印刷油墨和还原烧结方法的组合中,在低粘接性及处理印刷层的 剥离、高体积电阻率、深部还原性方面存在问题,不能将该印刷油墨用于导体布线材料、导 热材料、换热材料、放热材料。
低粘接性及处理印刷层的剥离、高体积电阻率的原因在于,将印刷油墨中的含有 金属元素的粒子进行还原加热并烧结而使粒子间接合而成的多孔质的烧结体。在远低于金 属的熔点的温度下的金属纳米粒子的烧结中,金属原子按照以粉体粒子所具有的很大的表 面能和从外部施加的能量作为驱动力而使表面积缩小的方式,在粒子内移动,进行粒子间 的接合、熔接(例如参照非专利文献1)。但是,如果粒子间的接合、熔接进行到某种程度而 比表面积缩小,则熔接的进行减速、停止。其结果是,形成为海绵状的烧结体。这是因为金 属原子仅在粉体粒子内运动而不会积极地在基板表面析出,因此导体层与基板之间残留空 隙而得不到粘接性。对于这样的课题,以往提出了在作为底层树脂的聚酰亚胺前体上印刷 导体油墨的方法(例如参照专利文献6),或者在半固化的环氧树脂上印刷导体油墨(日本 特愿2008-267400号),使作为底层的树脂具有流动性,使其追随导体层,从而得到粘接性 的方法,但是,在底层树脂材料和制造方法方面产生制约。
根据同样的理由,在远低于金属的熔点的温度下的金属纳米粒子的烧结中,在伴 随着烧结的进行而比表面积降低到某个程度时,粒子间的熔接停止,形成为多孔质的海绵 状的导体层。由此,在200°c以下的导体化处理中,有体积电阻率不能为块状铜的10倍以下 的问题。
另外,在(a)的将氢活化来使用的方法中,报道了相同的方法对油膜的去除或光 致抗蚀树脂的去除有效(RF等离子体及表面波等离子体:参照专利文献7,热线法原子状氢 处理:参照非专利文献2)。这样,在将氢活化来使用的方法中,还存在因活化的氢导致树脂 基板受到损伤的问题。
另外,在发明者们的研宄中,在利用RF等离子体或者表面波等离子体进行的活化 氢处理中,无法得到2 μ m以上的深部处理性,深部的处理性也是课题。
另一方面,作为其他还原方法,已知有使用了甲酸气体的还原方法。作为使用了甲 酸气体的还原方法,报道了甲酸回流炉对铜及软钎料表面的氧化皮膜的去除有效(例如参 照专利文献8)。该甲酸回流炉在规定的温度的加热下,对铜氧化物给予甲酸气体而生成甲 酸铜,将生成的甲酸铜还原而生成金属铜,期待其对印刷油墨的还原、金属化也有效果。