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JP2009231755A - Micro-wiring fabricating method - Google Patents

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JP2009231755A
JP2009231755A JP2008078441A JP2008078441A JP2009231755A JP 2009231755 A JP2009231755 A JP 2009231755A JP 2008078441 A JP2008078441 A JP 2008078441A JP 2008078441 A JP2008078441 A JP 2008078441A JP 2009231755 A JP2009231755 A JP 2009231755A
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JP
Japan
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temperature
thermal analysis
reduction
substrate
oxidation
Prior art date
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Pending
Application number
JP2008078441A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akihiro Yabuki
彰広 矢吹
Kikuo Okuyama
喜久夫 奥山
Iskandar Ferry
フェリー・イスカンダル
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hiroshima University NUC
Original Assignee
Hiroshima University NUC
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Publication date
Application filed by Hiroshima University NUC filed Critical Hiroshima University NUC
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Abstract

【課題】銅ナノ粒子からなる導電ペーストを用いてインクジェット印刷法等により描画された微細配線の焼成温度を、樹脂基板を使用することができる250℃以下の温度にすることができる微細配線作製方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る微細配線作製方法は、配線パターンに従って基板上に描画された銅ナノ粒子、分散剤及び結合剤からなる導電ペーストを、先ず酸化処理し、次に還元処理をして微細配線を作製する微細配線作製方法であって、前記銅ナノ粒子の酸化処理及び還元処理における熱分析により求められる酸化開始温度を超える温度で基板の酸化処理を行い、還元開始温度を超える温度で基板の還元処理を行うことにより実施される。
【選択図】図3
The present invention relates to a method for producing a fine wiring, in which the firing temperature of a fine wiring drawn by an ink jet printing method or the like using a conductive paste made of copper nanoparticles can be set to a temperature of 250 ° C. or less at which a resin substrate can be used. I will provide a.
A method for fabricating a fine wiring according to the present invention includes firstly oxidizing a conductive paste made of copper nanoparticles, a dispersant and a binder drawn on a substrate according to a wiring pattern, and then reducing the conductive paste. A fine wiring manufacturing method for manufacturing a fine wiring, wherein the substrate is oxidized at a temperature exceeding an oxidation start temperature required by thermal analysis in the oxidation treatment and reduction treatment of the copper nanoparticles, and at a temperature exceeding the reduction start temperature. This is performed by performing a reduction treatment of the substrate.
[Selection] Figure 3

Description

本発明は、銅ナノ粒子を含む導電ペーストを使用し、インクジェット印刷法等により基板に微細な配線や電極を描画して作製する微細配線作製方法に関する。   The present invention relates to a fine wiring manufacturing method in which a conductive paste containing copper nanoparticles is used and a fine wiring or electrode is drawn on a substrate by an inkjet printing method or the like.

基板の配線は、一般に、絶縁体フィルム上に接着剤を用いて銅箔を貼り合わせた3層フレキシブル基板、あるいは、めっきにより銅被膜層を直接形成した2層フレキシブル基板を用いてエッチングにより作製されている。このような作製方法は、多くの工程を要し手間が掛かることから、インクジェット印刷法等により導電ペーストを用いて直接基板に配線や電極を描画し、これを焼成して電気配線を作製する方法が提案されている。   The wiring of the board is generally produced by etching using a three-layer flexible board in which a copper foil is bonded to an insulator film using an adhesive, or a two-layer flexible board in which a copper coating layer is directly formed by plating. ing. Since such a manufacturing method requires many steps and takes time, a method of drawing wiring and electrodes directly on a substrate using a conductive paste by an ink-jet printing method or the like, and firing this to produce an electric wiring Has been proposed.

例えば、特許文献1に、導電ペーストとして金や銀のナノ粒子を使用する場合は、高価であり、また、銀ナノ粒子を使用する場合は、エレクトロ(イオン)マイグレーションの問題があることから、銅ナノ粒子の導電ペーストを使用した微細配線作製方法が提案されている。すなわち、基板に描画された微細配線をプラズマ雰囲気中で還元焼成を行う微細配線パターン形成方法が提案されている。そして本微細配線パターン形成方法によれば、還元焼成温度を300℃以下にすることができるとし、150℃と50℃で還元処理をした実施例が開示されている。   For example, in Patent Document 1, when gold or silver nanoparticles are used as the conductive paste, it is expensive, and when silver nanoparticles are used, there is a problem of electro (ion) migration. A fine wiring manufacturing method using a nanoparticle conductive paste has been proposed. That is, a fine wiring pattern forming method has been proposed in which fine wiring drawn on a substrate is subjected to reduction firing in a plasma atmosphere. And according to this fine wiring pattern forming method, the reduction firing temperature can be set to 300 ° C. or lower, and an embodiment in which reduction treatment is performed at 150 ° C. and 50 ° C. is disclosed.

特許文献2に、有機分散媒に、粒子径が200nm以下の還元可能な金属酸化物を分散させた分散体を基板に塗布した後、不活性雰囲気中100℃以上400℃以下の温度で焼成したのち、還元性雰囲気中80℃以上400℃以下の温度で焼成することを特徴とする金属被膜の製造方法が提案されている。そして、不活性雰囲気中250℃で焼成した後、還元性雰囲気中300℃で焼成して金属被膜を作製した実施例が開示されている。   In Patent Document 2, a dispersion in which a reducible metal oxide having a particle size of 200 nm or less is dispersed in an organic dispersion medium is applied to a substrate, and then fired at a temperature of 100 ° C. to 400 ° C. in an inert atmosphere. After that, a method for producing a metal film has been proposed, characterized by firing at a temperature of 80 ° C. or higher and 400 ° C. or lower in a reducing atmosphere. And the Example which fired at 250 degreeC in inert atmosphere, and then baked at 300 degreeC in a reducing atmosphere produced the metal film.

また、特許文献3に、金属ナノ粒子分散体を基板に塗布した後、酸化性雰囲気中において100〜600℃の温度で焼成し、次いで還元性雰囲気中において100〜600℃の温度で焼成する金属被膜の製造方法が提案されている。そして、酸化性雰囲気中において300℃の温度で焼成し、次いで還元性雰囲気中において300℃の温度で焼成して金属被膜を作製した実施例が開示されている。   Further, in Patent Document 3, after a metal nanoparticle dispersion is applied to a substrate, it is fired at a temperature of 100 to 600 ° C. in an oxidizing atmosphere, and then fired at a temperature of 100 to 600 ° C. in a reducing atmosphere. A method for producing a coating has been proposed. And the Example which baked at the temperature of 300 degreeC in oxidizing atmosphere, and then baked at the temperature of 300 degreeC in reducing atmosphere produced the metal film.

特開2004-119686号公報JP 2004-119686 A 特開2004-164876号公報JP 2004-164876 A 特開2007-200659号公報JP 2007-200659

銅ナノ粒子からなる導電ペーストを用いて描画された配線や電極等の微細配線は、これを焼成して、実際に配線として使用できる程度の電気伝導度を有するものにする必要がある。そして、焼成温度は、樹脂基板を使用することができる250℃よりも低い温度であることが望まれる。しかしながら、この焼成温度を低下させることは非常に難しい。特許文献1に記載の微細配線パターン形成方法は、還元焼成温度を300℃以下にすることができ、実際に150℃又は50℃で還元焼成した実施例も記載され、好ましい方法である。しかし、真空装置やプラズマ発生装置等の特殊装置を要し、生産性、経済性に劣るという問題がある。   Fine wiring such as wiring and electrodes drawn using a conductive paste made of copper nanoparticles needs to be fired so as to have electrical conductivity that can be actually used as wiring. The firing temperature is desirably lower than 250 ° C. at which the resin substrate can be used. However, it is very difficult to lower the firing temperature. The fine wiring pattern forming method described in Patent Document 1 can reduce the firing temperature to 300 ° C. or lower, and also describes an embodiment in which reduction firing is actually performed at 150 ° C. or 50 ° C., which is a preferable method. However, a special apparatus such as a vacuum apparatus or a plasma generation apparatus is required, and there is a problem that productivity and economy are inferior.

特許文献2に記載の金属被膜の製造方法は、不活性雰囲気及び還元性雰囲気中の焼成温度を300℃以下といわず100℃でもよいとする。また、特許文献3に記載の金属被膜の製造方法も同様に、酸化性雰囲気及び還元性雰囲気中の焼成温度を300℃以下といわず100℃でもよいとする。しかし、特許文献2及び3にそのような実施例の開示はない。特許文献2には、不活性雰囲気中250℃で焼成した後、還元性雰囲気中300℃で焼成して金属被膜を作製した実施例が開示されているのみである。特許文献3には、酸化性雰囲気中において300℃の温度で焼成し、次いで還元性雰囲気中において300℃の温度で焼成して金属被膜を作製した実施例が開示されているのみである。   In the method for producing a metal film described in Patent Document 2, the firing temperature in the inert atmosphere and the reducing atmosphere is not higher than 300 ° C. and may be 100 ° C. Similarly, in the method for producing a metal film described in Patent Document 3, it is assumed that the firing temperature in the oxidizing atmosphere and the reducing atmosphere may be 100 ° C. instead of 300 ° C. or lower. However, Patent Documents 2 and 3 do not disclose such examples. Patent Document 2 only discloses an example in which a metal film was produced by firing at 250 ° C. in an inert atmosphere and then firing at 300 ° C. in a reducing atmosphere. Patent Document 3 only discloses an example in which a metal film is produced by firing at a temperature of 300 ° C. in an oxidizing atmosphere and then firing at a temperature of 300 ° C. in a reducing atmosphere.

本発明は、このような従来の問題点に鑑み、銅ナノ粒子からなる導電ペーストを用いてインクジェット印刷法等により描画された微細配線の焼成温度を、樹脂基板を使用することができる250℃以下の温度にすることができる微細配線作製方法を提供することを目的とする。   In view of such conventional problems, the present invention has a firing temperature of fine wiring drawn by an inkjet printing method or the like using a conductive paste made of copper nanoparticles, and the resin substrate can be used at 250 ° C. or lower. An object of the present invention is to provide a method for producing a fine wiring that can be set to a temperature of 5 mm.

本発明に係る微細配線作製方法は、配線パターンに従って基板上に描画された銅ナノ粒子、分散剤及び結合剤からなる導電ペーストを、先ず酸化処理し、次に還元処理をして微細配線を作製する微細配線作製方法であって、前記銅ナノ粒子の酸化処理及び還元処理における熱分析により求められる酸化開始温度を超える温度で基板の酸化処理を行い、還元開始温度を超える温度で基板の還元処理を行うことにより実施される。   In the fine wiring manufacturing method according to the present invention, a conductive paste composed of copper nanoparticles, a dispersant, and a binder drawn on a substrate according to a wiring pattern is first oxidized and then reduced to prepare a fine wiring. A method for producing a fine wiring, wherein the substrate is oxidized at a temperature exceeding an oxidation start temperature required by thermal analysis in the oxidation treatment and reduction treatment of the copper nanoparticles, and the substrate is reduced at a temperature exceeding the reduction start temperature. It is implemented by doing.

上記発明において、熱分析は、示差熱分析法又は熱重量測定法を用いることができる。そして、示差熱分析法により熱分析を行う場合は、示差熱分析により求められた酸化熱分析曲線において、酸化銅生成の第一発熱ピークの終了を示す温度域の温度を酸化処理温度として基板の酸化処理を行い、還元熱分析曲線において、最大吸熱を示す温度域の温度を還元処理温度として基板の還元処理を行うのがよい。   In the above invention, the thermal analysis can use a differential thermal analysis method or a thermogravimetric measurement method. When performing thermal analysis by differential thermal analysis, in the oxidation thermal analysis curve obtained by differential thermal analysis, the temperature in the temperature range indicating the end of the first exothermic peak of copper oxide formation is defined as the oxidation treatment temperature. It is preferable to perform the oxidation treatment and reduce the substrate using the temperature in the temperature range showing the maximum endotherm as the reduction treatment temperature in the reduction thermal analysis curve.

示差熱分析法により熱分析を行う場合において、酸化処理温度は、酸化熱分析曲線において酸化銅生成の第一発熱ピークの終了を示す温度の±10℃、還元処理温度は、還元熱分析曲線において最大吸熱を示す温度の±10℃とすることができる。   When performing thermal analysis by differential thermal analysis, the oxidation treatment temperature is ± 10 ° C of the temperature indicating the end of the first exothermic peak of copper oxide formation in the oxidation thermal analysis curve, and the reduction treatment temperature is in the reduction thermal analysis curve. It can be ± 10 ° C of the temperature showing the maximum endotherm.

一方、熱重量測定法により熱分析を行う場合は、熱重量測定により求められた酸化熱分析曲線において、酸化銅生成にかかる屈曲点を示す温度域の温度を酸化処理温度として基板の酸化処理を行い、還元熱分析曲線において、急激重量減少にかかる屈曲点を示す温度域の温度を還元処理温度として基板の還元処理を行うのがよい。   On the other hand, when performing thermal analysis by thermogravimetry, the substrate is subjected to oxidation treatment using the oxidation temperature analysis curve determined by thermogravimetry as the oxidation treatment temperature at the temperature range indicating the inflection point for copper oxide formation. In the reduction thermal analysis curve, it is preferable to perform the substrate reduction process using the temperature in the temperature range indicating the inflection point for rapid weight reduction as the reduction process temperature.

熱重量測定法により熱分析を行う場合において、酸化処理温度は、酸化熱分析曲線において酸化銅生成にかかる屈曲点を示す温度の±10℃、還元処理温度は、還元熱分析曲線において急激重量減少にかかる屈曲点を示す温度の±10℃とすることができる。   When performing thermal analysis by thermogravimetry, the oxidation treatment temperature is ± 10 ° C of the temperature indicating the inflection point for copper oxide formation in the oxidation thermal analysis curve, and the reduction treatment temperature is rapidly reduced in weight in the reduction thermal analysis curve. It can be set to ± 10 ° C. of the temperature indicating the bending point.

本発明に係る微細配線作製方法によれば、銅ナノ粒子を用いた導電ペーストにより描画された微細配線の焼成温度を、樹脂基板を使用する場合でも可能な温度、250℃以下の温度にすることができる。   According to the method for producing fine wiring according to the present invention, the firing temperature of the fine wiring drawn with the conductive paste using copper nanoparticles is set to a temperature that is possible even when using a resin substrate, a temperature of 250 ° C. or lower. Can do.

以下、発明を実施するための最良の形態について説明する。本発明に係る微細配線作製方法は、銅ナノ粒子、分散剤及び結合剤からなる導電ペーストを使用して基板上に配線パターンに従って描画し、描画された導電ペーストを、以下のように、酸化処理及び還元処理する。すなわち、まず、その銅ナノ粒子の酸化処理及び還元処理を行い、それらの過程における熱分析を行う。そして、熱分析により得られた熱分析曲線をもとに酸化開始温度及び還元開始温度を求め、その求められた酸化開始温度を超える温度で基板の酸化処理を行い、還元開始温度を超える温度で基板の還元処理を行う。これにより、できるだけ低い温度で酸化処理及び還元処理を行うことができ、酸化処理及び還元処理の処理温度の低下を図ることができる。   The best mode for carrying out the invention will be described below. The fine wiring manufacturing method according to the present invention is drawn according to a wiring pattern on a substrate using a conductive paste composed of copper nanoparticles, a dispersant and a binder, and the drawn conductive paste is oxidized as follows: And reduction treatment. That is, first, oxidation treatment and reduction treatment of the copper nanoparticles are performed, and thermal analysis in these processes is performed. Then, the oxidation start temperature and the reduction start temperature are obtained based on the thermal analysis curve obtained by the thermal analysis, the substrate is oxidized at a temperature exceeding the obtained oxidation start temperature, and the temperature exceeding the reduction start temperature is obtained. The substrate is reduced. Thereby, the oxidation treatment and the reduction treatment can be performed at the lowest possible temperature, and the treatment temperature of the oxidation treatment and the reduction treatment can be lowered.

本発明における酸化処理温度及び還元処理温度について、図面を基に説明する。図1は銅ナノ粒子を酸化処理したときの熱分析試験の結果を示すグラフであり、図2は、銅ナノ粒子を還元処理したときの熱分析試験の結果を示すグラフである。図1、図2において、横軸は加熱温度を示し、縦軸は熱重量測定法により求めた重量変化量(TG)及び示差熱分析法により求めた電圧変化量(DTA)を示す。図1において、H曲線が示差熱分析法により求めた酸化熱分析曲線である。W曲線が熱重量測定法により求めた酸化熱分析曲線である。図2において、H曲線が示差熱分析法により求めた還元熱分析曲線である。W曲線が熱重量測定法により求めた還元熱分析曲線である。 The oxidation treatment temperature and the reduction treatment temperature in the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a graph showing the results of a thermal analysis test when copper nanoparticles are oxidized, and FIG. 2 is a graph showing the results of a thermal analysis test when copper nanoparticles are reduced. 1 and 2, the horizontal axis represents the heating temperature, and the vertical axis represents the weight change (TG) obtained by the thermogravimetry and the voltage change (DTA) obtained by the differential thermal analysis method. In Figure 1, H o curve is oxidized thermal analysis curve obtained by differential thermal analysis. The Wo curve is an oxidation thermal analysis curve obtained by thermogravimetry. In FIG. 2, the Hr curve is a reduction thermal analysis curve obtained by differential thermal analysis. The Wr curve is a reduction thermal analysis curve obtained by thermogravimetry.

なお、本試験に用いた銅ナノ粒子は、平均粒径 20 nmであった。熱分析は、エスエスアイ・ナノテクノロジー社製EXSTAR 6000 TG/DTA A6200を使用して行った。加熱速度は、5 ℃/minであった。示差熱分析法において参照試料はアルミナ粉末を使用した。   The copper nanoparticles used in this test had an average particle size of 20 nm. Thermal analysis was performed using EXSTAR 6000 TG / DTA A6200 manufactured by SSI Nanotechnology. The heating rate was 5 ° C./min. In the differential thermal analysis method, alumina powder was used as a reference sample.

図1において、H曲線を観察すると、室温から150℃までは緩やかに下降しているが、150℃(温度AHO)を超えると急激に上昇して発熱反応を生じ、銅の酸化反応が生じていることを示す。発熱反応は190℃でピークを示し、さらに温度を上昇させるとH曲線は急激に下降している。第一の発熱反応は、240℃(温度BHO)で終了している。この発熱ピークを示す温度範囲は、亜酸化銅の生成と関係している。H曲線は、温度の上昇に伴い、発熱反応により280℃で再度発熱ピークを示し、その後温度の増加とともに310℃まで急激に低下し、310℃を超えると漸減する。 In Figure 1, when observing the H o curve, although to 0.99 ° C. from room temperature is gradually lowered, resulting a rapid rise to exothermic reaction exceeds 0.99 ° C. (temperature A HO), the oxidation reaction of copper Indicates that it has occurred. The exothermic reaction showed a peak at 190 ° C., H o curve when the further increasing the temperature is rapidly lowered. The first exothermic reaction is complete at 240 ° C. (temperature B HO ). The temperature range showing this exothermic peak is related to the formation of cuprous oxide. The H o curve shows an exothermic peak again at 280 ° C. due to the exothermic reaction as the temperature rises, then rapidly decreases to 310 ° C. as the temperature increases, and gradually decreases when it exceeds 310 ° C.

W曲線を観察すると、室温から150℃まではほとんど重量変化を示さないが、150℃(温度AWO)を超えると急激な重量増大を示して銅の酸化反応を生じていることを示す。この酸化反応において、W曲線は、210℃(温度BWO)で重量変化の勾配が少し緩やかになり、屈曲点を示す。そして、290℃を超えた温度で重量の増加が停止し、その後温度の上昇とともに次第に重量が減少する。上記屈曲点は、銅ナノ粒子が酸化され亜酸化銅から酸化銅に変化する反応に関係している。 When the Wo curve is observed, there is almost no change in weight from room temperature to 150 ° C., but when the temperature exceeds 150 ° C. (temperature A WO ), a rapid increase in weight is shown, indicating that the copper oxidation reaction occurs. In this oxidation reaction, the Wo curve shows an inflection point with a slightly gentler weight change gradient at 210 ° C. (temperature B WO ). Then, the increase in weight stops at a temperature exceeding 290 ° C., and then the weight gradually decreases as the temperature increases. The inflection point relates to a reaction in which the copper nanoparticles are oxidized to change from cuprous oxide to copper oxide.

一方、還元処理における熱分析の結果を観察すると、図2に示すように、H曲線は、90℃(温度AHr)から130℃まで次第に下降し、130℃を超えると急激に下降して190℃(温度BHr)で吸熱ピークを示す。さらに温度を上昇させると250℃まで急激に上昇し、250℃を超えるとほぼ一定値になり変化が見られなくなる。上記の結果によると、還元反応は、90〜130℃の範囲で緩やかに進み、130℃を超えると急速に進んでいるように解される。 On the other hand, when observing the results of thermal analysis in the reduction process, as shown in FIG. 2, H r curve gradually decreases from 90 ° C. (temperature A Hr) up to 130 ° C., rapidly lowered when exceeding 130 ° C. Endothermic peak at 190 ° C (temperature B Hr ). When the temperature is further increased, the temperature rapidly rises to 250 ° C. When the temperature exceeds 250 ° C, the value becomes almost constant and no change is observed. According to the above results, it is understood that the reduction reaction proceeds slowly in the range of 90 to 130 ° C., and rapidly proceeds above 130 ° C.

W曲線を観察すると、W曲線は、100℃前後の温度(温度AWr)から220℃まで次第に下降し、220℃(温度BWr)を超えると急激に下降している。そして、250℃を超えると、W曲線は再び緩やかに下降する。上記の結果によると、重量は、100〜220℃の範囲においてわずかに減少するだけであるが、W曲線の220℃で表れる屈曲点の温度(温度BWr)を超えると急激に減少している。すなわち、還元反応は、100〜220℃の範囲で緩やかに進むが、220℃(温度BWr)を超えると急速に進むように解される。なお、H曲線とW曲線とを比較すると、還元反応においてはH曲線の方がより多くの情報を得ることができるように解される。 Observation of W r curve, the W r curve, gradually decreases from 100 ° C. before and after the temperature (temperature A Wr) to 220 ° C., is rapidly lowered when exceeding 220 ° C. (temperature B Wr). Then, when more than 250 ℃, W r curve is again gradually lowered. According to the above results, the weight is only slightly decreased in the range of 100 to 220 ° C, but suddenly decreases when the temperature of the inflection point (temperature B Wr ) expressed at 220 ° C of the Wr curve is exceeded. Yes. That is, the reduction reaction proceeds slowly in the range of 100 to 220 ° C, but is understood to proceed rapidly when it exceeds 220 ° C (temperature B Wr ). In addition, when the Hr curve and the Wr curve are compared, it is understood that the Hr curve can obtain more information in the reduction reaction.

本微細配線作製方法においては、このような銅ナノ粒子の熱分析を行い、示差熱分析法により熱分析を行う場合は、酸化開始温度AHOを超える温度で基板の酸化処理を行う。好ましくは、H曲線において酸化銅の生成にかかる第一発熱ピークの終了を示す温度範囲、BHO±10℃の温度で基板の酸化処理を行う。そして、基板の還元処理は、還元開始温度AHrを超える温度で基板の還元処理を行う。好ましくは、H曲線において最大吸熱を示す温度範囲、BHr±10℃の温度で基板の還元処理を行う。 In this fine wiring manufacturing method, when performing thermal analysis of such copper nanoparticles and performing thermal analysis by differential thermal analysis, the substrate is oxidized at a temperature exceeding the oxidation start temperature AHO . Preferably, the temperature range indicating the end of the first exothermic peak related to generation of the copper oxide in the H o curve, an oxidation process of a substrate at a temperature of B HO ± 10 ℃. In the substrate reduction process, the substrate reduction process is performed at a temperature exceeding the reduction start temperature AHr . Preferably, a temperature range showing a maximum endothermic, the temperature at the substrate reduction treatment of B Hr ± 10 ° C. performed in H r curve.

また、熱重量測定法により熱分析を行う場合は、酸化開始温度AWOを超える温度で基板の酸化処理を行う。好ましくは、W曲線において酸化銅の生成にかかる屈曲点を示す温度範囲、BWO±10℃の温度で基板の酸化処理を行う。そして、基板の還元処理は、還元開始温度AWrを超える温度で基板の還元処理を行う。好ましくは、BWr±10℃の温度で基板の還元処理を行う。 When performing thermal analysis by thermogravimetry, the substrate is oxidized at a temperature exceeding the oxidation start temperature AWO . Preferably, W o curve temperature range showing a bending point according to generation of the copper oxide in, an oxidation process of a substrate at a temperature of B WO ± 10 ℃. In the substrate reduction process, the substrate reduction process is performed at a temperature exceeding the reduction start temperature A Wr . Preferably, the substrate is reduced at a temperature of B Wr ± 10 ° C.

本微細配線作製方法においては、このように熱分析を行って基板の酸化処理及び還元処理を行う。例えば、基板の酸化処理を240±10℃、還元処理を190±10℃で行う。または、基板の酸化処理を210±10℃、還元処理を220±10℃で行う。これにより、250℃以下の温度で基板の酸化処理及び還元処理を行うことができるようになる。また、導電ペーストを構成する銅ナノ粒子に最適な温度で酸化処理及び還元処理をすることができる。なお、酸化処理及び還元処理を行う温度の決定に関し、示差熱分析法又は熱重量測定法のいずれに基づくかは、使用する導電ペーストに最適な方法が選ばれる。   In this fine wiring manufacturing method, the thermal analysis is performed in this way to perform the oxidation treatment and reduction treatment of the substrate. For example, the substrate is oxidized at 240 ± 10 ° C. and the reduction treatment is performed at 190 ± 10 ° C. Alternatively, the substrate is oxidized at 210 ± 10 ° C. and the reduction treatment is performed at 220 ± 10 ° C. As a result, the substrate can be oxidized and reduced at a temperature of 250 ° C. or lower. Moreover, oxidation treatment and reduction treatment can be performed at an optimum temperature for the copper nanoparticles constituting the conductive paste. In addition, regarding the determination of the temperature at which the oxidation treatment and the reduction treatment are performed, the optimum method for the conductive paste to be used is selected based on whether the differential thermal analysis method or the thermogravimetry method is used.

本微細配線作製方法においては、銅ナノ粒子は、粒径100nm以下のものがよい。より好ましい銅ナノ粒子は、粒径50nm以下のものである。   In this fine wiring manufacturing method, the copper nanoparticles preferably have a particle diameter of 100 nm or less. More preferable copper nanoparticles are those having a particle size of 50 nm or less.

分散剤としては、ターピオネールのほかに、この種の金属微粒子分散体の調製に一般に用いられているものであればいずれでもよい。例えば、分散剤として、ノルマルヘキサン、シクロヘキサン、ノルマルペンタン、ノルマルヘプタン、トルエン、キシレン、メチルイソブチルケトン、ベンゼン、クロロホルム、四塩化炭素、メチルエチルケトン、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、エチルベンゼン、トリメチルベンゼン、テルピネオール、デカン、トリデカン、テトラデカン、ヘキサデカン、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノールなどを用いることができる。   As the dispersant, in addition to tarpione, any dispersant may be used as long as it is generally used for the preparation of this kind of fine metal particle dispersion. For example, as a dispersant, normal hexane, cyclohexane, normal pentane, normal heptane, toluene, xylene, methyl isobutyl ketone, benzene, chloroform, carbon tetrachloride, methyl ethyl ketone, ethyl acetate, butyl acetate, isobutyl acetate, ethylbenzene, trimethylbenzene, terpineol , Decane, tridecane, tetradecane, hexadecane, methanol, ethanol, propanol, butanol and the like can be used.

結合剤は、エチルセルロース樹脂、アクリル樹脂を用いることができ、添加量はできる限り少ない方が望ましい。   As the binder, ethyl cellulose resin or acrylic resin can be used, and it is desirable that the addition amount be as small as possible.

導電ペーストを基板上に描画する方法は、インクジェット印刷法、スクリーン印刷法、転写印刷法、ディップコーティング方法、スプレー塗布方法、スピンコーティング方法等を使用することができる。   As a method for drawing the conductive paste on the substrate, an inkjet printing method, a screen printing method, a transfer printing method, a dip coating method, a spray coating method, a spin coating method, or the like can be used.

銅ナノ粒子(平均粒径20nm)100重量部及び分散剤としてターピオネール(和光純薬工業株式会社製)200重量部からなる導電ペーストをアプリケータを用いてガラス基板上に製膜し、空気雰囲気下で酸化処理し、5%水素を含むアルゴンガス雰囲気下で還元処理を行ったものの電気抵抗測定試験と組織観察試験を行った。酸化処理は、温度100〜300℃×1時間で行い、還元処理は、温度100〜300℃×1時間で行った。電気抵抗は、四端子法により比抵抗値を測定した。組織観察は、走査電子顕微鏡(日本電子株式会社製 JSM-6340F)により行った。   A conductive paste consisting of 100 parts by weight of copper nanoparticles (average particle size 20 nm) and 200 parts by weight of terpione (made by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) as a dispersant is formed on a glass substrate using an applicator, and is in an air atmosphere. An electrical resistance measurement test and a structure observation test were performed on the sample subjected to oxidation treatment and reduction treatment in an argon gas atmosphere containing 5% hydrogen. The oxidation treatment was performed at a temperature of 100 to 300 ° C. × 1 hour, and the reduction treatment was performed at a temperature of 100 to 300 ° C. × 1 hour. For the electrical resistance, the specific resistance value was measured by the four probe method. Tissue observation was performed with a scanning electron microscope (JSM-6340F manufactured by JEOL Ltd.).

図3に、各温度で基板の酸化処理及び還元処理を行った場合の比抵抗値を示す。図3において、横軸は酸化処理温度を示し、縦軸は比抵抗値を示す。パラメータは、還元処理温度を示す。図3によると、200〜300℃で酸化処理し、300℃で還元処理した場合の比抵抗値は同じであり、この比抵抗値と250℃で酸化処理し、200℃で還元処理した場合の比抵抗値はほぼ同じであることが分かる。また、酸化温度が150から200又は250℃の間は、比抵抗値の温度依存性が非常に高いことが分かる。さらに、還元処理においては、100℃と200℃との温度で比抵抗値が余り変わらず、温度依存性が比較的低いことが分かる。   FIG. 3 shows specific resistance values when the substrate is oxidized and reduced at each temperature. In FIG. 3, the horizontal axis represents the oxidation treatment temperature, and the vertical axis represents the specific resistance value. The parameter indicates the reduction processing temperature. According to FIG. 3, the specific resistance value when oxidized at 200 to 300 ° C. and reduced at 300 ° C. is the same, and when this specific resistance value is oxidized at 250 ° C. and reduced at 200 ° C. It can be seen that the specific resistance values are almost the same. It can also be seen that the temperature dependence of the specific resistance value is very high when the oxidation temperature is between 150 and 200 or 250 ° C. Further, in the reduction treatment, it can be seen that the specific resistance value does not change much at temperatures of 100 ° C. and 200 ° C., and the temperature dependency is relatively low.

図4に組織写真を示す。図4によると、酸化処理及び還元処理をともに100℃で行った場合と、200℃で行った場合の組織の変化はほとんど見られないことが分かる。しかし、酸化処理及び還元処理をともに300℃で行った場合は、銅ナノ粒子の粗大化を生じていることが分かる。酸化処理及び還元処理は、このような銅ナノ粒子の粗大化を生じない温度範囲で行うのが好ましい。   FIG. 4 shows a structure photograph. According to FIG. 4, it can be seen that there is almost no change in the structure when both the oxidation treatment and the reduction treatment are performed at 100 ° C. and when performed at 200 ° C. However, it can be seen that when both the oxidation treatment and the reduction treatment are performed at 300 ° C., the copper nanoparticles are coarsened. The oxidation treatment and the reduction treatment are preferably performed in a temperature range that does not cause such coarsening of the copper nanoparticles.

本発明に係る熱分析の例を示すグラフで、銅ナノ粒子の酸化処理をした場合のグラフである。It is a graph which shows the example of the thermal analysis which concerns on this invention, and is a graph at the time of performing the oxidation process of a copper nanoparticle. 本発明に係る熱分析の例を示すグラフで、銅ナノ粒子の還元処理をした場合のグラフである。It is a graph which shows the example of the thermal analysis which concerns on this invention, and is a graph at the time of carrying out the reduction process of a copper nanoparticle. 電気抵抗測定試験結果を示すグラフである。It is a graph which shows an electrical resistance measurement test result. 実施例における組織観察結果を示す写真である。It is a photograph which shows the structure | tissue observation result in an Example.

Claims (6)

配線パターンに従って基板上に描画された銅ナノ粒子、分散剤及び結合剤からなる導電ペーストを、先ず酸化処理し、次に還元処理をして微細配線を作製する微細配線作製方法であって、
前記銅ナノ粒子の酸化処理及び還元処理における熱分析により求められる酸化開始温度を超える温度で基板の酸化処理を行い、還元開始温度を超える温度で基板の還元処理を行う微細配線作製方法。
A conductive paste made of copper nanoparticles, a dispersant and a binder drawn on a substrate according to a wiring pattern is a fine wiring manufacturing method in which a fine wiring is prepared by first oxidizing, then reducing,
A fine wiring manufacturing method in which oxidation treatment of a substrate is performed at a temperature exceeding an oxidation start temperature required by thermal analysis in the oxidation treatment and reduction treatment of the copper nanoparticles, and the substrate reduction treatment is performed at a temperature exceeding the reduction start temperature.
熱分析は、示差熱分析法又は熱重量測定法によるものであることを特徴とする請求項1に記載の微細配線作製方法。   2. The fine wiring manufacturing method according to claim 1, wherein the thermal analysis is based on a differential thermal analysis method or a thermogravimetry method. 示差熱分析法により求められた酸化熱分析曲線において、酸化銅生成の第一発熱ピークの終了を示す温度域の温度を酸化処理温度として基板の酸化処理を行い、還元熱分析曲線において、最大吸熱を示す温度域の温度を還元処理温度として基板の還元処理を行うことを特徴とする請求項2に記載の微細配線作製方法。   In the oxidation thermal analysis curve obtained by differential thermal analysis, the substrate is oxidized using the temperature in the temperature range indicating the end of the first exothermic peak of copper oxide formation as the oxidation treatment temperature, and the maximum endotherm in the reduction thermal analysis curve. The method for producing a fine wiring according to claim 2, wherein the substrate is subjected to a reduction treatment using a temperature in a temperature range indicating a reduction treatment temperature. 酸化処理温度は、酸化熱分析曲線において酸化銅生成の第一発熱ピークの終了を示す温度の±10℃、還元処理温度は、還元熱分析曲線において最大吸熱を示す温度の±10℃であることを特徴とする請求項3に記載の微細配線作製方法。   The oxidation treatment temperature is ± 10 ° C of the temperature indicating the end of the first exothermic peak of copper oxide formation in the oxidation thermal analysis curve, and the reduction treatment temperature is ± 10 ° C of the temperature showing the maximum endotherm in the reduction thermal analysis curve. The fine wiring manufacturing method according to claim 3. 熱重量測定法により求められた酸化熱分析曲線において、酸化銅生成にかかる屈曲点を示す温度域の温度を酸化処理温度として基板の酸化処理を行い、還元熱分析曲線において、急激重量減少にかかる屈曲点を示す温度域の温度を還元処理温度として基板の還元処理を行うことを特徴とする請求項2に記載の微細配線作製方法。   In the thermal oxidation analysis curve obtained by thermogravimetry, the substrate is oxidized using the temperature in the temperature range indicating the inflection point for copper oxide formation as the oxidation treatment temperature, and in the reduction thermal analysis curve, rapid weight loss occurs. 3. The fine wiring manufacturing method according to claim 2, wherein the substrate is subjected to the reduction treatment using the temperature in the temperature range indicating the bending point as the reduction treatment temperature. 酸化処理温度は、酸化熱分析曲線において酸化銅生成にかかる屈曲点を示す温度の±10℃、還元処理温度は、還元熱分析曲線において急激重量減少にかかる屈曲点を示す温度の±10℃であることを特徴とする請求項5に記載の微細配線作製方法。   The oxidation treatment temperature is ± 10 ° C that shows the inflection point for copper oxide formation in the oxidation thermal analysis curve, and the reduction treatment temperature is ± 10 ° C that shows the inflection point for sudden weight loss in the reduction thermal analysis curve. The fine wiring manufacturing method according to claim 5, wherein the method is provided.
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