JPH0334211A

JPH0334211A - 金属ペースト及びその製造方法

Info

Publication number: JPH0334211A
Application number: JP16346089A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Watanabe; 一弘渡辺; Michihiro Oshima; 大嶋　道広; Kazuhiro Setoguchi; 瀬戸口　和宏
Original assignee: Vacuum Metallurgical Co Ltd
Current assignee: Vacuum Metallurgical Co Ltd
Priority date: 1989-03-30
Filing date: 1989-06-26
Publication date: 1991-02-14
Anticipated expiration: 2011-12-11
Also published as: JP2561537B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】【産業上の利用分野】本発明はＩＣ基板などの多層配線、透明導電膜の形成、
金属とセラミックとの接合などに用い・られる金属ペー
スト及びその製造方法に関する。〔従来の技術〕上述の金属ペーストに用いられる金属超微粒子の製法と
して、減圧した不活性ガス雰囲気中で金属を蒸発させ、
冷却部上に粒径１０００λ以下の超微粒子として回収す
るガス中蒸発法がよく知られている。従来の金属ペーストの製造方法は、例えば上述のガス中
蒸発法により作製した金属の超微粒子を大気中に取り出
し、それを有機溶媒と混合するというものである。すな
わち５第７図を参照して説明すると、蒸発室（１１中の
るつぼ（６）を加熱してるつぼ（６）内の金属（７）を
蒸発させ、それを回収室（２＋　に導入して冷却剤（１
３）によって低温に保たれた冷却板又はフィルタ（１１
）の上に金属超微粒子（１２）として回収する。この金
属超微粒子（１２）を大気中に取り出し、有機溶媒と混
合して金属ペーストとするのである。〔発明が解決しようとする問題点〕しかしながら従来法によって製造された金属ペーストで
は、金属超微粒子の製造過程で粒子同士がくっついて凝
集やチェーン状化が生じ、又、粒子表面が酸化したり、
汚染されたりしているため、有ｅ！廂媒と混合する時に
分散性が悪い。又、粒子が個々に離れていないため、ペ
ースト中の金属超微粒子の密度が低くなる。金属ペーストを、例えばＩＣ基板などの多層配線に用い
る場合には微細でかつ均一な導電性を有するパターンを
形成する必要がある。しかし、従来の金属ペーストを用
いた場合には、チェーン状化した粒子があったりして分
散性が悪いために、微細パターンの形成が良くなく、又
導電性が均一にならないことがある。さらに、金属ペー
ストの配線を焼結処理する際に、粒子表面が酸化してい
るため高温を必要とする。あるいは又２ペースト中の粒
子密度が低いために、焼結後に縮みや割れが生じ、この
点でも導電性の均一性が悪くなる。本発明は以上のような従来の金属ペーストの持つ問題点
を解消し、金属超微粒子が凝集やチェーン状化せずに均
一に分散され、又、表面酸化や汚染のない金属ペースト
及びその製造方法を提供することを目的としている。［問題点を解決するための手段］前記目的を達成するため、本発明の金属ペーストは、有
機溶媒中に粒径１０００Å以下の金属超微粒子を個々に
均一分散せしめたことを特徴とする。また本発明の金属ペーストの製造方法は、真空室中でか
つ不活性ガスの圧力をＬＯＴｏｒｒ以下とする雰囲気の
もとで金属を蒸発させ、蒸発した金属蒸気を冷却面上に
粒径１０００Å以下の超微粒子として回収する方法にお
いて２前記金属を蒸発させると共に前記真空室に有機溶
媒の蒸気を導入することを特徴とする。本発明で用いる金属としては、金属ペーストの用途によ
って銀、金、ニッケル、インジウム、錫、亜鉛、チタン
、銅、クロム、タンタル、タングステン、パラジウム、
白金、鉄、コバルト、ケイ素等のうち少なくとも１種の
金属又はこれら金属の合金が挙げられる。又本発明で用いる有機溶媒としては、炭素数５以上のア
ルコール類（例えばテルピネオール、シトロネロール、
ゲラニオール５ネロール、フェネチルアルコール〉の１
種以上を含有する溶媒又は有機エステル類（例えば酢酸
エチル、オレイン酸メチル、酢酸ブチル、グリセリド）
の１種以上を含有する溶媒であれば良く、使用する金属
又は金属ペーストの用途によって適宜選択できる。なお
、有機溶媒中に必要に応じて適当な有機物を添加しても
良い。［作　　　用］以上のように構成される金属ペーストは、例えばＩＣ基
板などの多層配線に用いられた時には導電性の均一な微
細パターンを形成することができ、又配線の焼結処理が
低温で可能となる。又金属ペーストの製造方法においては、不活性ガス雰囲
気のもとで金属超微粒子を生成すると共に有機溶媒でそ
の表面を覆うため、金属超微粒子同士がチェーン化する
ことなく、又金属超微粒子の表面が酸化されることもな
い。［実　施　例］以下、実施例について図面を参照して説明する。（第１実施例）第１図は本発明の第１実施例の金属ペーストを製造する
装置の断面模式図である。バルブ（３）及びバルブ（４）を閉じた状態でバルブ（
５）から真空ポンプ（図示せず）で排気し、蒸発室（り
及び回収室ｆ２）の圧力を１Ｏ−６Ｔｏｒｒまで下げた
。次いでバルブ　（３）を開いてヘリウムガスを蒸発室
（上）に導入しながらバルブ（５）からの排気を続け、
内部をヘリウムガス圧ｌ　Ｔｏｒｒに保った。バルブ（
４）を開いてα−テルピネオールの蒸気（ｌＯ）を回収
室（，７１に導入しながら、蒸発室（４１中に設置した
るつぼ（６）内の銅（Ｃｕ）　（７）を高周波誘導加熱
装置（８）で加熱して銅蒸気（９）を発生させた。銅蒸
気（９）は排気の流れに従って蒸発室（りから回収室（
旦）へと移送され、この流れの中で銅蒸気は凝縮して銅
超微粒子となり、回収室（２）でα−テルピネオール蒸
気（ｌＯ）と混合されて、冷却剤（１３）によって低温
に保たれた冷却板（１１）上に、α−テルピネオールの
薄い膜（１４）で覆われて安定化した銅超微粒子（１２
）となって沈積した。これを回収して透過電子ＳＪ微鏡
で観察したところ、銅の粒子は凝集やチェーン状化して
おらず、α−テルピネオール中に孤立して良く分散して
いる。これは銅超微粒子がａ−テルピネオール蒸気とよ
く混合されるため、粒子同士が接合する前にα−テルピ
ネオールで膜状に包まれてしまうためと思われる。得ら
れた透過電子顕微鏡写真を第２Ａ図に示す。この写真かられかるように、銅超微粒子はチェーン状化
していないだけでなく溶媒中に孤立して高密度に分散し
ている。粒子の形状は球形でよくそろっており１粒径は
平均２００Åである。比較のために、α−テルピネオール蒸気を導入しない従
来法によって得られた銅超微粒子を大気中に回収し、α
−テルピネオールと混合して金属ペーストを作製した。この比較試料を同様に透過電子顕微鏡で観察した顕微鏡
写真を第２Ｂ図に示す。この写真かられかるように、銅
粒子はほとんど全部がチェーン状に接合しており、全体
としての分散密度が低い上に、その分散は非常に不均一
である。本実施例の方法及び従来法によって作製した銅ペースト
を用いて、各々、アルミナ基板上に３μｍ幅の配線パタ
ーンを形成し、窒素ガス雰囲気中で焼結を行った。その
配線の比抵抗の焼結温度に対する変化を第３図に示す。焼結温度４００℃以下では本発明のペーストの方が比抵
抗が高いが、これは個々の銅粒子が溶媒で包まれて孤立
しているためと思われる。焼結温度がさらに高くなると
、従来ペーストによるものは比抵抗は少しずつしか低下
しないが、本発明のペーストでは４００℃から急激に低
下し、ペースト中の銅粒子の緻密化、焼結が急速に進ん
だことを示している。これはペースト中にもともと銅粒
子が高密度に存在している上に、チェーン状の粒子がな
いので焼結による緻密化が速く進むこと、さらに各粒子
表面が酸化されていないため低温で焼結が始まることに
よるものと思われる。従って、この第３図から、従来ペーストでは８００℃ま
で焼結温度を上げる必要があったものが１本実施例の銅
ペーストでは５００℃で充分であることがわかる。又、本実施例のペーストでは焼結後も縮みや割れが生じ
なかった。（第２実施例）第１実施例と同じ装置を用い、ヘリウム圧力０　、５Ｔ
ｏｒｒの条件下でインジウム（Ｉｎ）を蒸発させ、有機
溶媒としてオレイン酸メチル蒸気を導入してインジウム
ペーストを作製した。さらに同一条件でインジウムの代
りに錫（Ｓｎｌを用いて錫ペーストを作成した。ペース
ト中の金属粒子の平均粒径はそれぞれ１００　Ａと７０
人であった。これらのインジウムペーストと錫ペーストとを重量比で
９５対５の割合で混合したものを、ガラス基板上に５μ
ｍ厚さで塗布し、大気中で焼結して透明電導膜を得た。本実施例によるペーストと、従来法によるインジウム−
錫ペーストの両方について、焼結温度に対する光透過率
と電気抵抗率とを測定した結果を第４Ａ図、第４Ｂ図に
示す。これらの図から明らかなように、本実施例による
ペーストを用いた膜は従来のものより光透過率、導電率
ともに良好である。又、本実施例による膜は従来のもの
より緻密であり、ピンホールやクラックもなかった。（第３実施例）第１実施例と同じ装置を用い、ヘリウム圧力０　、８Ｔ
ｏｒｒの条件下でチタン（Ｔｉｌを蒸発させ、有機溶媒
として酢酸ブチル蒸気を導入して、チタンペーストを作
製した。ペースト中のチタン粒子の平均粒径は約１２０
　Ａであった。このチタンペースト（１７）を第５Ａ図
に示すように安定化ジルコニア（１５）とステンレス（
１６）との間に挿入して焼結し、接合した。従来法によ
るチタンペーストを用いて同様に安定化ジルコニアとス
テンレス棒とを接合したものと、本実施例による接合と
について、接合温度に対する接合ペーストの引張強度を
測定した結果を第５Ｂ図に示す。この図から明らかなよ
うに、本実施例によるペーストを用いた時には強い接合
強度が得られる。（第４実施例）第１実施例と同じ装置を用い、ヘリウム圧力０、５Ｔｏ
ｒｒの条件下でｔｌｉ（Ａｇ）を蒸発させ、有機溶媒と
してリノール酸グリセリド、リノ−ル酸グリセリド及び
オレイン酸グリセリドの混合蒸気を導入して銀ペースト
を作製した。前記、有機溶媒の混合蒸気は各々別容器に
いれて加熱し、所定の蒸気量となるように液温を調節し
、これを加熱した配管中で混合した後、バルブ（４）よ
り回収室（２）に導入した。得られた銀ベーストはその
銀粒子の平均粒径が６０八であった。さらに混合溶媒を
用いたため、得られた銀ペーストを比較的高い温度環境
下に長時間密栓して放置した場合で６銀粒子の凝集は生
じなかった。例えば６０℃恒温槽中に１６８時間放置し
た場合でも凝集は生じず高い安定性を示した。（第５実施例）第１実施例と同じ装置を用い、ヘリウム圧力０．５Ｔｏ
ｒｒの条件下で白金（ｐｔ）を蒸発させ、有機溶媒とし
てシトロネロール、ゲラニオール、フェネチルアルコー
ル、ネロールの混合蒸気を導入して白金ペーストを作製
した。前記、有機溶媒の混合蒸気は第４実施例と同じ方
法で導入した。得られた白金ペーストはその白金粒子の
平均粒径が８０Ａであった。（第６実施例）第１実施例と同じ装置を用い、ヘリウム圧力０．５Ｔｏ
ｒｒの条件下でパラジウム（Ｐｄ）を蒸発させ、有機溶
媒としてオレイン酸メチルとある種の界面活性剤の混合
蒸気を導入してパラジウムペーストを作製した。前記、
有機溶媒の混合蒸気は第４実施例と同じ方法で導入した
。得られたパラジウムペーストはそのパラジウム粒子の
平均粒径が６０人であった。さらに界面活性剤を含むた
めガラス基板上へのペーストのぬれ性が改善され、又高
い分散安定性をも示した。以上、本発明の各実施例について説明したが、勿論、本
発明はこれらに限定されることなく、本発明の技術的思
想に基づき種々の変形が可能である。例えば、実施例では回収室（孝）にのみ排気用のバルブ
（５）を設け、蒸発室（１）と回収室（２）とを−緒に
排気したが、蒸発室（１）と回収室（２）両方に排気用
バルブを設け、別々に排気を行ってち良い。その場合は
、金属蒸気が圧力差によって蒸発室（上）から回収室（
２）へと移送されるように、回収室（２）の方を低圧に
する必要がある。実施例では金属超微粒子を回収するための冷却板（１１
）が回収室（２）内に設けられているが、代りに冷却フ
ィルタを用いてもよいし、あるいはこれらを設けずに回
収室（工）全体を冷却して内壁面上で回収するようにし
ても良い。あるいは又、実施例では蒸発室（圭）と回収室（２）と
を別に設けたが、第６図に示すように真空室ｆｉｇ）を
１つだけにし、その中で金属を加熱蒸発させると共に有
機溶媒蒸気を導入し、それらを真空室（ｌδ）の冷却壁
面（１９）上で回収しても良い。用いられる金属は銅、インジウム、錫、チタン以外に銀
、金、ニッケル、亜鉛、クロム、タンクル、タングステ
ン、パラジウム、白金、鉄、コバルト、ケイ素でも良い
し、それらの合金でも良い。析出する金属粒子の大きさは不活性ガスの圧力、金属の
蒸気圧、蒸発温度等によって制御できるが、１ｏｏｏÅ
以下の範囲が適する。１０００Å以上になると、例えば
配線パターンに用いた時に微小パターンの形成が悪くな
るからである。又、焼結した場合に焼結性が悪くなり、
従って抵抗値が高くなるからでもある。有機溶媒として
は上記実施例で使用したちの以外にも炭素数５以上のア
ルコール類又は有機ニス、チル類の中から、用いる金属
の使用条件に応じて１種以上適宜選択して使用できる。金属を蒸発させる方法としては、実施例の誘導加熱の他
に、ガス中蒸発法で通常使用される抵抗加熱、ｔ！１子
ビーム加熱、レーザービーム加熱あるいはスパッタリン
グ法等が利用できる。又、雰囲気ガスとしてはヘリウムの他に、アルゴン等の
不活性ガスが使用される。〔発明の効果１本発明は以上のような構成になっているので、表面酸化
のない金属超微粒子が、チェーン状化することなく均一
に、かつ、高密度に分散した金属ペーストが得られる。従って、これを例えばＩＣ基板の配線に用いると、微細
なパターンが形成できる。又、表面酸化がないので低温
で焼結でき、従って熱歪みも小さい。さらに又、金属超
微粒子が高密度に分散しているので、焼結した時の変化
量が小さく、割れも生じない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例にかかる金属ペーストを製
造する方法及び装置を模式的に示す図、第２Ａ図、第２
Ｂ図はそれぞれ、第１実施例によって得られた銅ペース
ト及び従来法による銅ペーストの透過電子顕微鏡写真、
第３図は第１実施例によって得られた銅ペースト及び従
来法による銅ペーストをそれぞれ配線パターンの形成に
用いた場合について、それらの配線の比抵抗の焼結温度
に対する変化を示すグラフ、第４Ａ図第４Ｂ図は、第２
実施例によって得られたインジウム−錫ペーストと、従
来法によるインジウム−錫ペーストをそれぞれの透明電
導膜の形成に用いた場合について、焼結温度に対する光
透過率と電気抵抗率との変化を示すグラフ、第５Ａ図は
第３実施例によって得られたチタンペーストを用いて安
定化ジルコニアとステンレスとを接合した状態を示す図
、第５Ｂ図は、第３実施例によって得られたチタンペー
ストと、従来法によるチタンペーストのそれぞれについ
て、安定化ジルコニアとステンレスとを接合する時の温
度とそれに対する接合部分の引彊強度の変化を示すグラ
フ、第６図は本発明の変形例にかかる金属ペーストを製
造する方法及び装置を模式的に示す図、第７図は従来法
による金属超微粒子を製造する１例を示す模式図である
。なお１図において、（ｉ・・・・・・・・・−蒸　　発　　室（２・・・・
・・・・・・回　　収　　室（７・・・・・・・・・−
銅（９・・・・・・・・・・銅　　蒸　　気（ｌＯ）・・
・・・・・−・（Ｉｌｌ・・・・・・・・・（１２）・・・・・・・・・（１４）・・・・・・・・・（１８Ｊ・・・・・・・・・（１９）・・・・・・・・・ α−テルピネオール蒸気冷　　　　　却　　　　　板銅　　超　　微　　粒　　子 α−テルピネオール真　　　　　空　　　　　室冷　　　却　　　壁　　　面代第１図７・・・・・・・・銅９・・・・・・・・・銅蒸気１０・・・・・・・・α−テルピネオール蒸気１１　−
・・・・・・）ぢ邪板１２・・・−・−・訓Ｕ微粒子１４・・・・・−・・α−テルピネオール第図第図第３図焼皓温度 ℃ 第４Ａ図焼成温度°Ｃ焼成温度°Ｃ第５Ａ閃第５Ｂ図第６図ｋ・・・・・・・・真空室１９・・・・・・・・冷却壁面第７図４１１年月３１日１Ｌ和年特許願第１６３４６０号３、　補正をする者事件との関係

Claims

【特許請求の範囲】

（１）有機溶媒中に粒径１０００Å以下の金属超微粒子
を個々に均一分散せしめたことを特徴とする金属ペース
ト。
（２）前記金属が、銀、金、ニッケル、インジウム、錫
、亜鉛、チタン、銅、クロム、タンタル、タングステン
、パラジウム、白金、鉄、コバルト、ケイ素のうち少な
くとも１種の金属、又はこれら金属の合金である請求項
（１）に記載の金属ペースト。
（３）前記有機溶媒が、炭素数５以上のアルコール類の
１種以上を含有する溶媒、又は有機エステル類の１種以
上を含有する溶媒である請求項（１）又は（２）に記載
の金属ペースト。
（４）真空室中でかつ不活性ガスの圧力を１０Ｔｏｒｒ
以下とする雰囲気のもとで金属を蒸発させ、蒸発した金
属蒸気を冷却面上に粒径１０００Å以下の超微粒子とし
て回収する方法において、前記金属を蒸発させると共に
前記真空室に有機溶媒の蒸気を導入することを特徴とす
る金属ペーストの製造方法。
（５）前記金属が、銀、金、ニッケル、インジウム、錫
、亜鉛、チタン、銅、クロム、タンタル、タングステン
、パラジウム、白金、鉄、コバルト、ケイ素のうち少な
くとも１種の金属、又はこれら金属の合金である請求項
（４）に記載の金属ペーストの製造方法。
（６）前記有機溶媒が、炭素数５以上のアルコール類の
１種以上を含有する溶媒、又は有機エステル類の１種以
上を含有する溶媒である請求項（４）又は（５）に記載
の金属ペーストの製造方法。