- 2019-2-1
- 化学・素材系, 技術ニュース
- フレキシブル・ハイブリッド・エレクトロニクス, プリンテッドエレクトロニクス, 三井金属鉱業, 東北大学, 次世代パワーデバイス, 研究, 銅ナノ粒子
東北大学は2019年1月30日、三井金属鉱業との共同研究により、低温焼結性を有する銅ナノ粒子を極めて低環境負荷の条件下で合成するプロセスを新たに開発したと発表した。
プリンテッドエレクトロニクスと既存のIC製造技術を組み合わせたフレキシブル・ハイブリッド・エレクトロニクスの回路形成材料や、シリコンカーバイド（SiC）や窒化ガリウム（GaN）といった次世代パワーデバイスの接合材料として銀ナノ粒子を利用した低温焼結型銀ナノペーストの研究開発が活発に行われている。
一方で、銀は高価な金属であるため、安価な銅ナノ粒子を利用する研究開発も近年盛んになりつつある。しかしながら従来の銅ナノ粒子調製法は、生成する銅ナノ粒子の凝集抑制と酸化防止のために高分子類を使用しており、そのため銅粒子表面に高温で分解する有機物が残存し、これが低温焼結を阻害するという問題があった。
東北大学と三井金属鉱業は今回、水中、大気下、室温という極めて低環境負荷な条件下で水溶性銅錯体を還元処理することで、低温焼結性を有する銅ナノ粒子を合成することに成功した。開発した銅ナノ粒子は140℃程度から銅ナノ粒子の焼結が開始され、これまでにない低温焼結特性を示すことを確認した。
開発した銅ナノ粒子から調製した銅ナノペーストは、180℃程度の低温焼成（N2雰囲気下の無加圧焼成）でポリエチレンナフタレート（PEN）フィルムやポリイミド（PI）フィルム上に銅粒子間が焼結した厚膜銅配線（膜厚14μm）を形成できる。このことから、プリンテッドエレクトロニクスによるIoTセンサーの回路形成材料などとして、現在用いられている銀ペーストやハンダ代替が期待できるという。
また、銅基板間を銅ペーストで接合する「模擬接合構造」を用いた金属間接合材料としての評価では、200℃程度の低温焼成（N2雰囲気下の無加圧焼成）で高いシェア強度（＞30MPa）を示すことを確認しており、次世代パワーデバイスの接合材料として実用化が期待できるとしている。
開発した銅ナノペーストをフィルム上へスクリーン印刷した後、200 °C×30 min.焼成（窒素雰囲気下の常圧焼成）して得られた配線状態図
(a)：PENフィルム上への配線形成、(b)：PI上への配線形成
