[发明专利]金属纳米颗粒复合体、金属胶体溶液和它们的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及适宜作为电子电路基板的制造中使用的导电性墨的主要成分的金属纳米颗粒复合体、其在介质中分散而成的金属胶体溶液及其制造方法。

背景技术

印刷电路板、半导体装置的制造主要经过光刻工艺来制造，但涂布型电子装置的制造技术正受到关注，所述涂布型电子装置是使近年来正在开发的纳米级的金属材料分散于某些介质而形成墨配混物，并将其用各种印刷方法进行图案化，作为装置而进行组装。

将这样的技术称为印刷电子技术(Printed Electronics，以下简记作PE)，期待该方法具有能够以辊对辊(roll-to-roll)大量生产电子电路图案、半导体元件的可能性、需求性、工序的单纯化和节约资源化所带来的经济性，期待在显示装置、发光装置、IC标签(RFID)等的廉价的制造方法中得到发展。

对于PE，导电材料墨、半导体材料墨、绝缘材料墨作为基础性材料是必须的，尤其是以贵金属(金、银、铂类)和铜的金属胶体(金属纳米颗粒)为成分的导电性墨是重要的，从经济性和操作的容易性的方面出发，率先开发了银胶体及其墨。

构成银胶体的银纳米颗粒(或简单称作纳米银)与块状的银相比，比表面积尤其高，因此要相互熔接而使表面能降低的倾向强。其结果，颗粒在远低于块状的银的熔点的温度下相互熔接。有时将该现象称作量子尺寸效应(久保效应)，但此处存在将银纳米颗粒作为导电材料的优点。

通常，纳米材料由于经过特殊的工艺而制造，所以经常变得昂贵，这成为妨碍普及的一个因素。对于银胶体，为了也低成本地进行制造，不需要真空工艺之类的特殊装置的液相还原法是有利的。液相还原法是使银化合物在溶剂中与还原剂反应而还原并得到银胶体的方法，但此时为了将生成的银纳米颗粒保持为一定以下的粒径、且形成稳定的金属胶体状态，公开了在被称作“胶体保护剂”的化合物的存在下进行还原的技术。胶体保护剂是设计成具备叔氨基、季铵基、具有碱性氮原子的杂环、羟基、羧基等能够与金属颗粒配位的官能团的高分子化合物(例如参照专利文献1)。

如前所述，期待有良好的低温熔接现象的银纳米颗粒的直径为50纳米以下，但进一步减小时，根据比表面积而使作为胶体保护剂的高分子化合物的必要量增加，因此，在银纳米颗粒上的残留量也变多，反而有低温烧结性(将由银胶体得到的薄膜在100～150℃下进行烧结而得到的电阻率显示出10^-6Ωcm级的性能)变得不易表现的问题。从这样的导电材料的设计的观点出发，必须使胶体保护剂同时具备制造较小颗粒的能力、进而使其保护稳定化的能力、烧结时迅速从颗粒表面脱离而不会变得阻碍颗粒相互的熔接之类的多种性质。仅仅通过使用Solsperse(Zeneca K.K.商标)、Flowlen(共荣社化学株式会社商标)等市售的高分子颜料分散剂、在主链/侧链具有颜料亲和性基团(胺)、且具有多个溶剂化部分的市售的高分子化合物等的技术，同时实现这些性质是困难的(例如参照专利文献2～4)。

针对这样的问题，已经公开了由聚亚烷基亚胺-聚亚烷基二醇-疏水性链段形成的三元系高分子、由聚亚烷基亚胺-聚亚烷基二醇形成的二元系高分子对银纳米颗粒的制造是有效的(例如参照专利文献5～7)。然而，即使使用这些化合物，也无法得到粒径及其分布的控制、作为胶体溶液的稳定性、以及低温烧结时的实用的导电性的表现的平衡优异的物质。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2004-346429号公报

专利文献2：日本特开平11-080647号公报

专利文献3：日本特开2006-328472号公报

专利文献4：日本特开2002-245854号公报

专利文献5：日本特开2008-037884号公报

专利文献6：国际公开WO2008/143061

专利文献7：日本特开2005-89784号公报

发明内容

发明要解决的问题

本发明的课题是鉴于如上所述的问题而作出的，提供一种金属纳米颗粒复合体和使其分散而成的金属胶体溶液、以及它们的制造方法，所述金属纳米颗粒复合体有目的地附加/调节良好的金属纳米颗粒控制能力、高分散稳定性、良好的低温烧结性以及金属纳米颗粒的容易的纯化分离性的多种性质，能够表现出更实用的导电性。

用于解决问题的方案