三井金属鉱業は、東北大学 多元物質科学研究所 准教授 蟹江澄志氏らと共同で、140~200℃程度の低い温度で焼結できるCu(銅)ナノペーストに向けたCuナノ粒子の合成プロセスを開発したと発表した(プレスリリース)。今回のCuナノ粒子は、大気下・室温の水中という低負荷環境で作れることが特徴。さらに、粒子の表面にできる耐酸化性有機物による保護層が140℃という低温から分解し始めるため、ペーストとした際に低温での焼結が可能となる。

 導電性ペーストは、電気回路の配線をプリントで形成するプリンテッドエレクトロニクスや、SiCやGaNといった次世代パワー半導体の接合(ダイボンディング)などに必要とされている。まだ実用範囲は限られており、一般には研究開発が進んでいる段階で、現時点では抵抗値を低く抑えるためにAg(銀)を使うことが多い。普及に向け、より金属として低コストなCuペーストが期待されている。

 また、180℃程度の低温で焼結できるペーストは、耐熱性の低い樹脂基板への配線印刷が可能になったり、パワー半導体のダイボンディングで熱応力による影響を受けにくくなったりするため、ニーズがある。従来のCuナノ粒子合成法では、凝集抑制・酸化防止のために高分子を使用するため、粒子表面に生じる保護層が高温(同社従来品の場合は260℃)でなければ分解しないため高温焼結が必要という課題があった。今回の粒子は保護層の分解温度が低く、Cuナノペーストとしては低温焼結が可能となるため、こうした用途に向けたAgペーストの代替を狙う。

有機保護層の分解温度により、焼成温度が変わる
(a)は従来のCuナノ粒子のイメージ、(b)は今回のCuナノ粒子のイメージ。有機保護層が低温で分解するので、低温でCu粒子間が焼結する
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