전자 회로나 절연막 등을 인쇄 기술에 의해 제작하는 「프린티드 일렉트로닉스」나 「차세대 파워 디바이스(파워 반도체)」 등에 사용하는 접합 재료로서 은 나노 입자를 사용하는 저온 소결형 은 나노 페이스트의 연구 개발이 진행되고 있다.최근, 은보다 저렴한 구리 나노 입자에 의한 연구 개발도 활발했지만, 구리 나노 입자 조제법은 생성하는 구리 나노 입자의 응집 억제나 산화 방지에 고분자류를 이용하기 때문에, 구리 입자 표면에 고온에서 분해하는 유기물 남아서 저온 소결을 억제했다.

　연구에서는 수중·대기하·실온이라고 하는 매우 저환경 부하인 조건에서의 수용성 구리 착체의 환원 처리(수용성 구리 착체 실온 환원법)에 의해, 저온 소결성의 구리 나노 입자의 합성에 성공했다.얻어진 구리 나노 입자를 가열 소성한 결과, 유기 성분이 저온(140℃ 정도)에서 분해되어 구리 나노 입자의 소결이 개시되는 것을 해명하였다.

　이번에 개발한 구리 나노 입자를 페이스트화하면, 180℃ 정도의 저온 소성(질소 분위기 하의 무가압 소성)으로 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN) 필름이나 폴리이미드(PI) 필름 상에 구리 입자간이 소결했다 양호한 후막 구리 배선(막 두께 14㎛)이 가능하다.이것에 의해, 프린티드 일렉트로닉스에 의한 IoT 센서의 회로 형성 재료 등으로서 은 페이스트나 솔더 대체를 기대할 수 있다고 한다.

　또, 구리 기판간을 구리 페이스트로 접합하는 모의 접합 구조를 이용한 금속간 접합 재료로서는, 200℃ 정도의 저온 소성(질소 분위기 하의 무가압 소성)으로 높은 쉐어 강도(>30 MPa)를 보여, 차세대 파워 디바이스(SiC나 GaN)의 접합 재료로서 실용화를 기대할 수 있다고 하고 있다.

논문 정보:【Scientific Reports】Ambient Aqueous-Phase Synthesis of Copper Nanoparticles and Nanopastes with Low-Temperature Sintering and Ultra-High Bonding Abilities