TWI652695B - Liquid composition - Google Patents
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Abstract
本發明提出一種液狀組成物,包含:複數個銅粒子、有機酸及溶劑;複數個該銅粒子之粒徑係介於0.5μm~30μm,係屬於微米等級。該液狀組成物係可於低溫150
oC下藉由該銅粒子與有機酸溶液間的氧化還原反應,進行反應燒結緻密形成一銅層,以改善傳統微米尺寸銅粒子需在高溫燒結保護氣氛下才能達到緻密的問題。本發明之該液狀組成物也避免了傳統奈米銅粒子在低溫燒結過程面臨的過度氧化而無法緻密燒結的問題及奈米銅粒子因為團聚所造成的部分區域先行燒結的問題,且燒結後的製品具有良好組織均勻性,及具有低電阻值0.04歐姆/平方(Ω/□)以下。
Description
本發明係有關於銅粒子分散於單一或多種有機酸中所形成的一種液狀組成物,特別是指一種可於低溫下進行反應燒結的液狀組成物。
金屬燒結係以金屬粉末為原料,經機械力或其他外力將粉末加壓預備成型後,再以不同燒結製程來形成目標製品,例如一金屬燒結體。
金屬燒結體其導電度及機械強度與結構緻密度有關,結構緻密度則來自於燒結的效益。燒結是整個粉末冶金製程中的核心,其目的在去除金屬粒子間的孔隙,使金屬粒子固結形成高緻密度的產品。
燒結時係將粉末加壓後的預備成型體,加熱至金屬熔點的絕對溫度之二分之一以上的溫度以進行緻密化。
傳統是將以微米尺寸的金屬粒子在預備成型後置於高溫但是低於金屬粒子之熔點的溫度下,進行長時間的燒結使其緻密化,因此可增加其機械強度。另外,於燒結過程中為避免金屬粒子與大氣中的氧氣接觸而被氧化,因此通常會使用還原氣氛或氮氣,以阻止高溫時金屬過度被氧化,藉以提升其燒結效率及緻密度並提高導電度。
近來之奈米金屬燒結技術,多是以奈米尺寸的金屬粒子為原料進行燒結以形成具有良好電性及良好機械強度的微小工件或是導電線等。目前的奈米金屬燒結,主要係以銀或銅的奈米金屬粒子進行燒結,此乃是利用奈米尺寸之總體粒子的總體表面積及總體表面能大幅提升,降低一般微米粒子的燒結溫度即是低溫燒結的手法。
一般而言,以奈米銀或銅金屬粒子進行燒結的燒結溫度約為200
oC。奈米金屬粒子雖能於燒結溫度約為200
oC下進行反應燒結,但因奈米金屬粒子之總體表面積大幅提升,致使奈米金屬粒子容易發生團聚的現象。另外奈米金屬粒子在燒結過程中面臨了氧化的現象,因而造成了燒結後的製品之密度不均勻及空孔率偏高的現象,使得製品之電、熱及機械特性未如原先的期待值。
又,目前技術中以奈米銅粒子因為其具有良好的電性特性且不會有電子遷移的風險而特別受重視。雖然奈米銅粒子可以於低溫下進行燒結,但因其表面積大,奈米銅粒子被氧化的程度也大,造成燒結後的緻密度不佳導致導電度降低;又有習知技術將奈米銅粒子分散於溶液中,卻因奈米銅粒子容易發生團聚現象,使得奈米銅粒子在溶液分散性難以控制,無法形成品質穩定、組織均勻及燒結良好的導電層。
本發明係考量上述情況,目的在於提供一種液狀組成物,尤其是微米尺寸的銅粒子分散於單一或多種有機酸中所形成的一種液狀組成物,特別是指一種可於低溫下進行反應燒結的液狀組成物,以改善前述微米尺寸金屬粒子需高溫及長時間燒結的問題,以及需要還原氣氛或保護氣氛的問題;本發明之液狀組成物也避免了前述奈米金屬粒子在低溫燒結過程中被過度氧化的現象,本發明所使用之微米尺寸的銅粒子所形成之液狀組成物卻可在低溫下進行反應燒結而不會有銅粒子被過度氧化的現象且燒結後的製品具有良好的導電性,亦即具有低電阻值0.04歐姆/平方(Ω/□)以下。
本發明提出一種可於低溫下進行反應燒結的液狀組成物,其低溫係指在低於150
oC的環境下,藉由銅粒子與有機酸溶液間的氧化還原反應,先將銅粒子的部分表面溶於有機酸溶液中形成銅離子,然後將液狀組成物施於一基材上,接著於進行低溫反應燒結過程時將銅離子還原成銅粒子來促進原有銅粒子進行低溫燒結,形成緻密及均勻的銅層。
本發明之一種液狀組成物,包含:複數個銅粒子、有機酸及溶劑;其中,複數個該銅粒子之粒徑係介於0.5μm~30μm;該有機酸係選自由含1至10個碳之飽和有機酸、草酸、抗壞血酸、檸檬酸、油酸、亞麻油酸、次亞麻油酸、硬酯酸、酒石酸、苯甲酸、苯二甲酸、丙烯酸及甲基丙烯酸所組成的群組中至少一種;該溶劑係選自由水、甲醇、乙醇、異丙醇及丁醇所組成的群組中至少一種。
前述該液狀組成物,其中該有機酸係含有抗壞血酸及另選自由含1至10個碳之飽和有機酸、草酸、檸檬酸、油酸、亞麻油酸、次亞麻油酸、硬酯酸、酒石酸、苯甲酸、苯二甲酸、丙烯酸及甲基丙烯酸所組成的群組中至少一種。
前述該液狀組成物,其中該有機酸之濃度為0.01M~5M。
前述該液狀組成物,其中該銅粒子之濃度為0.01M~5M。
前述該液狀組成物,其中該有機酸係含有抗壞血酸、草酸及另選自由含1至10個碳之飽和有機酸、檸檬酸、油酸、亞麻油酸、次亞麻油酸、硬酯酸、酒石酸、苯甲酸、苯二甲酸、丙烯酸及甲基丙烯酸所組成的群組中至少一種。
前述該液狀組成物,其中該有機酸係含有佔整體該有機酸總量之1wt%~30wt%的抗壞血酸。
前述該液狀組成物,其中該有機酸係含有佔整體該有機酸總量之1wt%~10wt%的草酸。
前述該液狀組成物,其中該液狀組成物更包含添加劑。
前述該液狀組成物,其中該添加劑係選自由明膠、瓊膠及矽膠所組成的群組中至少一種。
前述該液狀組成物,其中該添加劑係為明膠。
前述該液狀組成物,其中該明膠之濃度為0.01M~1M。
本創作之可於低溫下進行反應燒結的液狀組成物,包含銅粒子與有機酸與溶劑形成之有機酸溶液。其中銅粒子粒徑介於0.5μm~30μm,相對於整體液狀組成物之0.01~5莫耳濃度。有機酸溶液可以單一或多種有機酸混合而成,其相對於整體溶液之0.01~5莫耳濃度。將液狀組成物塗佈於玻璃或銅箔基板,置於烘箱中或以熱板加熱,在低於150
oC下進行反應燒結,於玻璃或銅箔基板上片形成一具有強附著力及低電阻值0.04歐姆/平方(Ω/□)以下導電性的緻密導電結構層。
又,於此液狀組成物中加入添加劑,以上述方法於玻璃或銅箔基板上形成一導電結構層。添加劑可與液狀組成物中的銅離子形成金屬錯合物,除了維持液狀組成物穩定性外,也因於加熱環境下添加劑發生膠體化及溶劑揮發結果,銅離子相對濃度提高,促使銅粒子發生反應燒結,提升燒結效率與結構緻密性。
為使審查人員更容易明瞭本發明之技術內容、特點與功效,配合實施例與比較例的呈現,將可更清楚的說明,但本發明不受該些實施例所限定。此外,本說明書及申請專利範圍中使用「~」表示數值範圍是指涵蓋「~」前後所記載數值做為下限值及上限值的範圍;本說明書及申請專利範圍中使用「wt%」,係指重量百分比;本說明書及申請專利範圍中使用「M」,係指體積莫耳濃度,以下簡稱莫耳濃度,單位為
莫耳/升(mol/L) ;本說明書及申請專利範圍中使用「粒徑」,係指利用雷射粒徑分析儀所測定之粒徑。
本創作為一種可於低溫下進行反應燒結的液狀組成物,特別是指能夠在150
oC以下進行反應燒結的液狀組成物。本創作之該液狀組成物包含:複數個銅粒子、至少一有機酸及一溶劑。
前述之該銅粒子係指選自由純銅粒子及至少表面具有銅氧化物之銅粒子所組成的群組中至少一種,其粒徑係介於0.5μm~30μm,係屬於微米等級;相對於整體該液狀組成物而言,該銅粒子濃度為0.01~5莫耳濃度。前述純銅粒子係指銅金屬未被氧化所形成。於本發明之實施例所採用之該銅粒子係指至少表面具有銅氧化物之銅粒子,例如係為整個銅粒子係由銅氧化物所構成,或者核心為純銅而外層表面為銅氧化物之銅粒子。
前述之該有機酸係可以為單一或多種有機酸依比例混合而成,該有機酸係選自由含1至10個碳之飽和有機酸、草酸、抗壞血酸、檸檬酸、油酸、亞麻油酸、次亞麻油酸、硬酯酸、酒石酸、苯甲酸、苯二甲酸、丙烯酸及甲基丙烯酸所組成的群組中至少一種;其較佳比例為1wt%~30wt%的抗壞血酸、1wt%~10wt%的草酸與其他混合酸的混合溶液,相對於整體該液狀組成物而言,該有機酸濃度為0.01~5莫耳濃度。
前述之該溶劑係選自由水、甲醇、乙醇、異丙醇及丁醇所組成的群組中至少一種。
為提升燒結效率與結構緻密性,前述之液狀組成物中更可包含一添加劑,例如做為使該銅粒子能於該液狀組成物中均勻分散之分散劑,添加劑係選自由明膠、瓊膠及矽膠所組成的群組中至少一種,其相對於整體溶液較佳地為0.01~1莫耳濃度,更佳地為0.05莫耳濃度。
本發明之該液狀組成物之製備:
本發明之該液狀組成物可以藉由包含以下步驟之方法製造:(1)依據設定的各別有機酸的重量百分比,將各有機酸及溶劑調製成預定的具有一預定莫耳濃度之有機酸溶液;(2)再將對應的該銅粒子的粒徑及重量,與前項調製完成之有機酸溶液於室溫下攪拌均勻混合,並選擇性地可加入適當的添加劑以完成該液狀組成物。
製作金屬銅層:
於一玻璃片上,利用網版印刷方式,將該液狀組成物塗佈於該玻璃片上以形成邊長1cm之正方形片狀,再利用烘箱以一預定的溫度乾燥一預定的時間進行反應燒結成片狀的一銅層,燒結後並測定該銅層之厚度為140μm。
電性量測:
針對上述該銅層施以四點探針測量方式進行測量該銅層的片電阻值,於該銅層共測量5個點後取平均值為記錄的片電阻值並計算該5個點的片電阻值之標準差;片電阻值越低代表該銅層的導電性越佳,標準差越低代表該銅層的燒結結構緻密度高、燒結效果佳。
該銅粒子,其粒徑係介於0.5μm~30μm:
為探討金屬銅粒子粒徑與燒結效果的關係,依據前述本發明之該液狀組成物之製備及製作金屬銅層的方式,製作出如下述表1中所記載之各該銅層。表1中包含本發明之實施例為實施例1~實施例4,以及做為與實施例相比較之比較例1,藉由雷射粒徑分析儀所測定該銅粒子之粒徑,選擇實施例1至實施例4中0.5~30μm、0.5~10μm、0.5~5μm及0.5~3μm粒徑範圍的該銅粒子,及比較例1中0.5~60μm粒徑範圍的該銅粒子;該銅粒子被調製成於該液狀組成物中的莫耳濃度為1M。其中,該有機酸溶液之該有機酸係為抗壞血酸,且對於該液狀組成物而言該抗壞血酸的莫耳濃度為1M,而該溶劑係為水,於室溫下攪拌形成一均勻混合的該液狀組成物,再將該液狀組成物塗佈於該玻璃片,之後再放入100
oC烘箱中進行反應燒結持續30分鐘;並且,藉由前述本發明之電性量測方式,即將實施例1~實施例4及比較例1分別進行片電阻值量測:
表1
<TABLE border="1" borderColor="#000000" width="85%"><TBODY><tr><td> 液狀組成物編號 </td><td> 銅粒子粒徑(μm) </td><td> 銅層之片電阻值(Ω/□) </td><td> 片電阻值之標準差(Ω/□) </td></tr><tr><td> 實施例1 </td><td> 0.5~30 </td><td> 0.0124 </td><td> 0.031 </td></tr><tr><td> 實施例2 </td><td> 0.5~10 </td><td> 0.0118 </td><td> 0.024 </td></tr><tr><td> 實施例3 </td><td> 0.5~5 </td><td> 0.0107 </td><td> 0.020 </td></tr><tr><td> 實施例4 </td><td> 0.5~3 </td><td> 0.0102 </td><td> 0.019 </td></tr><tr><td> 比較例1 </td><td> 0.5~60 </td><td> 0.0467 </td><td> 0.192 </td></tr></TBODY></TABLE>
如表1所示,銅粒子之粒徑範圍的選擇會影響該銅層的片電阻值及標準差;比較例1中使用該銅粒子的粒徑為0.5~60μm的粒徑範圍,然而由於粒徑範圍分佈太大過廣,因此導致在燒結效果不佳形成鬆散的燒結結構,這使得片電阻值超過0.04Ω/□而使得導電性不合格。而於實施例1~實施例4中,使用在0.5~30μm的粒徑範圍內之該銅粒子均可獲得片電阻值小於0.04Ω/□之良好的電性特性,表示使用這些粒徑範圍的該銅粒子製備該液狀組成物則可得到緻密度高的微細燒結結構之該銅層;以及,使用在0.5~30μm的粒徑範圍內之該銅粒子均可獲得片電阻值之標準差小於0.1Ω/□,表示使用這些粒徑範圍的該銅粒子製備該液狀組成物則可得到均勻性高的微細燒結結構之該銅層。
下述之實施例與比較例係取0.5μm~30μm粒徑範圍的該銅粒子,據以進行不同濃度有機酸之有機酸溶液的實施例與比較例。
1wt%~30wt%的抗壞血酸:
為探討有機酸的種類與燒結效果的關係,依據前述本發明之該液狀組成物之製備及製作金屬銅層的方式,製作出如下述表2中所記載之各該銅層。表2中包含本發明之實施例為實施例5~實施例9,以及做為與實施例相比較之比較例2,且係取用0.5μm~30μm粒徑範圍的該銅粒子;該銅粒子被調製成於該液狀組成物中的莫耳濃度為1M。其中,該有機酸溶液之該有機酸係為下述之混合物:抗壞血酸及另選自由含1至10個碳之飽和有機酸、草酸、檸檬酸、油酸、亞麻油酸、次亞麻油酸、硬酯酸、酒石酸、苯甲酸、苯二甲酸、丙烯酸及甲基丙烯酸所組成的群組中至少一種,且整體有機酸於該液狀組成物中之莫耳濃度為1M,而該溶劑係為水,係於室溫下攪拌形成均勻混合的該液狀組成物,再將該液狀組成物塗佈於該玻璃片,之後再放入100
oC烘箱中進行反應燒結持續30分鐘;並且,藉由前述本發明之電性量測方式,即將實施例5~實施例9及比較例2分別進行片電阻值量測:
表2
<TABLE border="1" borderColor="#000000" width="85%"><TBODY><tr><td> 液狀組成物編號 </td><td> 抗壞血酸(wt%) </td><td> 其他混合有機酸(wt%) </td><td> 銅層之片電阻值(Ω/□) </td></tr><tr><td> 實施例5 </td><td> 1 </td><td> Balance </td><td> 0.0239 </td></tr><tr><td> 實施例6 </td><td> 10 </td><td> Balance </td><td> 0.0137 </td></tr><tr><td> 實施例7 </td><td> 15 </td><td> Balance </td><td> 0.0149 </td></tr><tr><td> 實施例8 </td><td> 20 </td><td> Balance </td><td> 0.0174 </td></tr><tr><td> 實施例9 </td><td> 30 </td><td> Balance </td><td> 0.0231 </td></tr><tr><td> 比較例2 </td><td> 35 </td><td> Balance </td><td> 0.0633 </td></tr></TBODY></TABLE>
前述用語「Balance」應被理解為就總體該有機酸而言,補足至100wt%之重量百分比例係由其他混合的有機酸所組成。本創作之實施例5~實施例9與比較例2中,以不同重量百分比的抗壞血酸所組成,來探討燒結結構。結果如表2所示,該液狀組成物使用1wt%~30wt%的抗壞血酸的實施例5~實施例9可獲得片電阻值介於0.0137Ω/□~0.0239Ω/□,係皆小於0.04Ω/□之良好的電性特性之該銅層,顯示具良好的燒結結構;而若該液狀組成物使用35wt%的抗壞血酸的比較例2卻產生片電阻值為0.0633Ω/□,係大於0.04Ω/□之不合格的電性特性之該銅層。
1wt%~30wt%的抗壞血酸及1wt%~10wt%的草酸:
為探討有機酸的種類與燒結效果的關係,依據前述本發明之該液狀組成物之製備及製作金屬銅層的方式,製作出如下述表3中所記載之各該銅層。表3中包含本發明之實施例為實施例10~實施例15,以及做為與實施例相比較之比較例3,且係取用0.5μm~30μm粒徑範圍的該銅粒子;該銅粒子被調製成於該液狀組成物中的莫耳濃度為1M。其中,該有機酸溶液之該有機酸係為下述之混合物:抗壞血酸、草酸及另選自由含1至10個碳之飽和有機酸、檸檬酸、油酸、亞麻油酸、次亞麻油酸、硬酯酸、酒石酸、苯甲酸、苯二甲酸、丙烯酸及甲基丙烯酸所組成的群組中至少一種,且整體有機酸於該液狀組成物中之莫耳濃度為1M,而該溶劑係為水,係於室溫下攪拌形成均勻混合的該液狀組成物,再將該液狀組成物塗佈於該玻璃片,之後再放入100
oC烘箱中進行反應燒結持續30分鐘;並且,藉由前述本發明之電性量測方式,即將實施例10~實施例15及比較例3分別進行片電阻值量測:
表3
<TABLE border="1" borderColor="#000000" width="85%"><TBODY><tr><td> 液狀組成物編號 </td><td> 抗壞血酸(wt%) </td><td> 草酸(wt%) </td><td> 其他混合有機酸(wt%) </td><td> 銅層之片電阻值(Ω/□) </td></tr><tr><td> 實施例10 </td><td> 1 </td><td> 1 </td><td> Balance </td><td> 0.0251 </td></tr><tr><td> 實施例11 </td><td> 1 </td><td> 5 </td><td> Balance </td><td> 0.0214 </td></tr><tr><td> 實施例12 </td><td> 1 </td><td> 10 </td><td> Balance </td><td> 0.0142 </td></tr><tr><td> 實施例13 </td><td> 30 </td><td> 1 </td><td> Balance </td><td> 0.0188 </td></tr><tr><td> 實施例14 </td><td> 30 </td><td> 5 </td><td> Balance </td><td> 0.0169 </td></tr><tr><td> 實施例15 </td><td> 30 </td><td> 10 </td><td> Balance </td><td> 0.0237 </td></tr><tr><td> 比較例3 </td><td> 35 </td><td> 12 </td><td> Balance </td><td> 0.0402 </td></tr></TBODY></TABLE>
前述用語「Balance」應被理解為就總體該有機酸而言,補足至100wt%之重量百分比例係由其他混合的有機酸所組成。本創作之實施例10~實施例15與比較例3中,以1wt%~30wt%的抗壞血酸及1wt%~10wt%的草酸所組成,來探討燒結結構。結果如表3所示,該液狀組成物使用1wt%之抗壞血酸及1wt%~10wt%的草酸的實施例10~實施例12中可獲得片電阻值為0.0142Ω/□~0.0251Ω/□之該銅層,且該液狀組成物使用30wt%之抗壞血酸及1wt%~10wt%的草酸的實施例13~實施例15中可獲得片電阻值為0.0169Ω/□~0.0237Ω/□之該銅層,係皆小於0.04Ω/□之良好的電性特性之該銅層,顯示具良好的燒結結構;而若該液狀組成物使用大於30wt%之抗壞血酸及大於10wt%的草酸,例如使用35wt%之抗壞血酸及12wt%的草酸的比較例3卻產生片電阻值為0.0402Ω/□,係大於0.04Ω/□之不合格的電性特性之該銅層。
為探討銅粒子莫耳濃度、有機酸的莫耳濃度、添加劑與燒結效果的關係,依據前述本發明之該液狀組成物之製備及製作金屬銅層的方式,製作出如下述表4中所記載之各該銅層。表4中包含本發明之實施例為實施例16~實施例23,以及做為與實施例相比較之比較例4~比較例7,且係取用0.5μm~30μm粒徑範圍的該銅粒子;該銅粒子被調製成於表4該液狀組成物中的對應之莫耳濃度。其中,該有機酸溶液之該有機酸係為下述之混合物:30wt%抗壞血酸及10wt%草酸及60wt%其他有機酸,且整體100wt%的有機酸被調製成於表4該液狀組成物中的對應之莫耳濃度,於表4中所使用的添加劑係為明膠其濃度如表4中所列,而該溶劑係為水,係於室溫下攪拌形成均勻混合的該液狀組成物,再將該液狀組成物塗佈於該玻璃片,之後再放入於表4中的對應之燒結溫度的烘箱中進行反應燒結持續30分鐘;並且,藉由前述本發明之電性量測方式,即將實施例16~實施例23及比較例4~比較例7分別進行片電阻值量測及片電阻值之計算標準差:
表4
<TABLE border="1" borderColor="#000000" width="85%"><TBODY><tr><td> 液狀組成物編號 </td><td> 銅粒子濃度(M) </td><td> 有機酸濃度(M) </td><td> 添加劑濃度(M) </td><td> 燒結溫度(<sup>o</sup>C) </td><td> 銅層之片電阻值(Ω/□) </td><td> 片電阻值之標準差(Ω/□) </td></tr><tr><td> 實施例16 </td><td> 0.01 </td><td> 5 </td><td> 0 </td><td> 25 </td><td> 0.0244 </td><td> 0.065 </td></tr><tr><td> 實施例17 </td><td> 0.01 </td><td> 5 </td><td> 0 </td><td> 100 </td><td> 0.0122 </td><td> 0.027 </td></tr><tr><td> 實施例18 </td><td> 0.01 </td><td> 5 </td><td> 0 </td><td> 150 </td><td> 0.0153 </td><td> 0.034 </td></tr><tr><td> 實施例19 </td><td> 0.01 </td><td> 5 </td><td> 0.05 </td><td> 100 </td><td> 0.0095 </td><td> 0.020 </td></tr><tr><td> 實施例20 </td><td> 5 </td><td> 0.01 </td><td> 0 </td><td> 25 </td><td> 0.0220 </td><td> 0.057 </td></tr><tr><td> 實施例21 </td><td> 5 </td><td> 0.01 </td><td> 0 </td><td> 100 </td><td> 0.0113 </td><td> 0.022 </td></tr><tr><td> 實施例22 </td><td> 5 </td><td> 0.01 </td><td> 0 </td><td> 150 </td><td> 0.0125 </td><td> 0.034 </td></tr><tr><td> 實施例23 </td><td> 5 </td><td> 0.01 </td><td> 0.05 </td><td> 100 </td><td> 0.0084 </td><td> 0.013 </td></tr><tr><td> 比較例4 </td><td> 0.01 </td><td> 5.5 </td><td> 0.05 </td><td> 100 </td><td> 0.0867 </td><td> 0.209 </td></tr><tr><td> 比較例5 </td><td> 5.5 </td><td> 0.01 </td><td> 0.05 </td><td> 100 </td><td> 0.0747 </td><td> 0.152 </td></tr><tr><td> 比較例6 </td><td> 0.01 </td><td> 5 </td><td> 0.05 </td><td> 200 </td><td> 0.0894 </td><td> 0.286 </td></tr><tr><td> 比較例7 </td><td> 5 </td><td> 0.01 </td><td> 0.05 </td><td> 200 </td><td> 0.0928 </td><td> 0.296 </td></tr></TBODY></TABLE>
該銅粒子莫耳濃度為0.01M~5M,該有機酸濃度為0.01M~5M:
由表4顯示實施例16~實施例18係使用該銅粒子莫耳濃度為0.01M且該有機酸濃度為5M,實施例20~實施例22係使用該銅粒子莫耳濃度為5M且該有機酸濃度為0.01M;實施例16~實施例18及實施例20~實施例22顯示各該銅層之片電阻值皆小於0.04Ω/□之良好的電性特性,表示使用該銅粒子莫耳濃度為0.01M~5M及該有機酸濃度為0.01M~5M製備該液狀組成物則可得到緻密度高的微細燒結結構之該銅層;以及,使用該銅粒子莫耳濃度為0.01M~5M及該有機酸濃度為0.01M~5M製備該液狀組成物均可獲得片電阻值之標準差小於0.1Ω/□,表示使用該銅粒子莫耳濃度為0.01M~5M及該有機酸濃度為0.01M~5M製備該液狀組成物則可得到均勻性高的微細燒結結構之該銅層。
實施例19與比較例4其差別僅為各該液狀組成物中,實施例19之該有機酸之莫耳濃度為5M而比較例4之該有機酸之莫耳濃度為5.5M;明顯地,該銅層之片電阻值由該有機酸之莫耳濃度為5M的實施例19之0.0095Ω/□(低於0.04Ω/□,合格)提高至該有機酸之莫耳濃度為5.5M的比較例4之0.0867Ω/□(高於0.04Ω/□,不合格),且該銅層之片電阻值之標準差由該有機酸之莫耳濃度為5M的實施例19之0.020Ω/□(低於0.1Ω/□,合格)提高至該有機酸之莫耳濃度為5.5M的比較例4之0.209Ω/□(高於0.1Ω/□,不合格);此乃由於比較例4之該液狀組成物係添加過多的該有機酸,因此於燒結反應過程中會因反應燒結不完全而形成該銅層的空隙,故使得該銅層之緻密度不良且均勻性低。類似地,實施例23與比較例5其差別僅為各該液狀組成物中,實施例23之該銅粒子之莫耳濃度為5M而比較例5之該銅粒子之莫耳濃度為5.5M;明顯地,該銅層之片電阻值由該銅粒子之莫耳濃度為5M的實施例23之0.0084Ω/□(低於0.04Ω/□,合格)提高至該銅粒子之莫耳濃度為5.5M的比較例5之0.0747Ω/□(高於0.04Ω/□,不合格),且該銅層之片電阻值之標準差由該銅粒子之莫耳濃度為5M的實施例23之0.013Ω/□(低於0.1Ω/□,合格)提高至該銅粒子之莫耳濃度為5.5M的比較例5之0.152Ω/□(高於0.1Ω/□,不合格);此乃由於比較例5之該液狀組成物係添加過多的該銅粒子造成該銅粒子於該液狀組成物中分散不均勻且使得該銅層最上層出現未反應燒結的該銅粒子聚集,因此於燒結反應過程中形成該銅層之緻密度不良且均勻性低。
該添加劑莫耳濃度為0.01M~1M:
由表4顯示實施例17與實施例19係使用相同的該銅粒子莫耳濃度為0.01M且該有機酸濃度為5M,其差別僅為實施例19之該液狀組成物係另添加有莫耳濃度為0.05M之明膠作為添加劑,明膠於此的功效為分散劑;明顯地,該銅層之片電阻值由無添加劑的實施例17之0.0122Ω/□降低至有添加劑的實施例19之0.0095Ω/□,且該銅層之片電阻值之標準差由無添加劑的實施例17之0.027Ω/□降低至有添加劑的實施例19之0.020Ω/□;此乃由於該液狀組成物係添加有添加劑,因此使該銅粒子能於該液狀組成物中均勻分散,這也導致可得到緻密度高且均勻性高的微細燒結結構之該銅層。同樣地,實施例21與實施例23係使用相同的該銅粒子莫耳濃度為5M且該有機酸濃度為0.01M,其差別僅為實施例23之該液狀組成物係另添加有莫耳濃度為0.05M之明膠作為添加劑,明膠於此的功效為分散劑;明顯地,該銅層之片電阻值由無添加劑的實施例21之0.0113Ω/□降低至有添加劑的實施例23之0.0084Ω/□,且該銅層之片電阻值之標準差由無添加劑的實施例21之0.022Ω/□降低至有添加劑的實施例23之0.013Ω/□;此乃由於該液狀組成物係添加有添加劑,因此使該銅粒子能於該液狀組成物中均勻分散,這也導致可得到緻密度高且均勻性高的微細燒結結構之該銅層。另外,因添加劑於加熱時會發生膠體化,因此反應燒結過程時由帶正電的銅離子發生還原成銅粒子後,帶負電的添加劑會再與周遭的其他帶正電的銅離子持續反應,故而增加反應燒結的發生;且,因加熱會使得溶劑揮發與添加劑膠體化,因而銅離子濃度呈現相對地提高,故而還原反應之效率也隨之提高,因此增加了燒結結構的緻密性,所以可以得到均勻且結構緻密的燒結結構,使得該銅層具有良好的電性特性。
反應燒結溫度可低於150
oC:
實施例19與比較例6其差別僅為各該液狀組成物中,實施例19之反應燒結溫度為100
oC而比較例6之反應燒結溫度為為200
oC;明顯地,該銅層之片電阻值由反應燒結溫度為100
oC的實施例19之0.0095Ω/□(低於0.04Ω/□,合格)提高至反應燒結溫度為200
oC的比較例6之0.0894Ω/□(高於0.04Ω/□,不合格),且該銅層之片電阻值之標準差由反應燒結溫度為100
oC的實施例19之0.020Ω/□(低於0.1Ω/□,合格)提高至反應燒結溫度為200
oC的比較例6之0.286Ω/□(高於0.1Ω/□,不合格);此乃由於比較例6之該液狀組成物之反應燒結溫度提高為200
oC,造成該銅粒子與該有機酸溶液反應過快,迅速產生銅粒子團聚形成較大的銅粒子群體,不利於燒結的均勻進行而造成銅粒子間密度不均勻及空隙提升,導致片電阻值上升,而無法獲得良好的電性特性。同樣地,實施例23與比較例7亦呈現類似如上述之溫度效應,於此不再重複說明。即使比較不同反應燒結溫度結果,如實施例18及實施例22之反應燒結溫度為150
oC,實施例16及實施例20之反應燒結溫度為25
oC,均可得到緻密度高且均勻的微細燒結結構,各該銅層之片電阻值皆低於0.04Ω/□且片電阻值之標準差皆低於0.1Ω/□,顯示各該銅層皆有良好的電性特性。於本創作中,實施例23係為最佳實施例。
依據本創作,可提供一種可於低溫下進行反應燒結的液狀組成物,使用該液狀組成物可在低溫下進行反應燒結而不會有銅粒子被過度氧化的現象及銅粒子團聚現象且燒結後的製品具有均勻緻密的組織及良好的導電性,此一燒結形成的導電結構層可用於配電層、電極或微小電子零件的焊接應用上,深具產業利用性。
以上所述,僅為本創作較佳的實施例,當不能以此限定本創作之實施範圍。凡依本創作申請專利範圍及發明說明書內容所做之簡單等效的修飾與變化,仍應屬本創作專利涵蓋之範圍。
無。
無。
Claims (8)
- 一種液狀組成物,包含:複數個銅粒子、有機酸及溶劑;其中,複數個該銅粒子之粒徑係介於0.5μm~30μm,其濃度為0.01M~5M;該有機酸係選自由含1至10個碳之飽和有機酸、草酸、抗壞血酸、檸檬酸、油酸、亞麻油酸、次亞麻油酸、硬酯酸、酒石酸、苯甲酸、苯二甲酸及甲基丙烯酸所組成的群組中至少一種;其中該有機酸之濃度為0.01M~5M;該溶劑係選自由水、甲醇、乙醇、異丙醇及丁醇所組成的群組中至少一種。
- 如申請專利範圍第1項所述之液狀組成物,其中該有機酸係含有抗壞血酸及另選自由含1至10個碳之飽和有機酸、草酸、檸檬酸、油酸、亞麻油酸、次亞麻油酸、硬酯酸、酒石酸、苯甲酸、苯二甲酸及甲基丙烯酸所組成的群組中至少一種。
- 如申請專利範圍第1項所述之液狀組成物,其中該有機酸係含有抗壞血酸、草酸及另選自由含1至10個碳之飽和有機酸、檸檬酸、油酸、亞麻油酸、次亞麻油酸、硬酯酸、酒石酸、苯甲酸、苯二甲酸及甲基丙烯酸所組成的群組中至少一種。
- 如申請專利範圍第3項所述之液狀組成物,其中該有機酸係含有佔整體該有機酸總量之1wt%~30wt%的抗壞血酸。
- 如申請專利範圍第4項所述之液狀組成物,其中該有機酸係含有佔整體該有機酸總量之1wt%~10wt%的草酸。
- 如申請專利範圍第5項所述之液狀組成物,其中該液狀組成物更包含添加劑,該添加劑係選自由明膠、瓊膠及矽膠所組成的群組中至少一種。
- 如申請專利範圍第6項所述之液狀組成物,其中該添加劑係為明膠。
- 如申請專利範圍第7項所述之液狀組成物,其中該明膠之濃度為0.01M~1M。
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