国立研究開発法人物質・材料研究機構 (NIMS) は、自己組織化的に銅・ニッケルコアシェル構造を形成することで、耐酸化性を大幅に向上させたプリンテッドエレクトロニクス向けの新たなインクを開発しました。本研究により、安価で安定な金属インクの供給が可能になり、プリンテッドエレクトロニクスの一層の普及が期待されます。

現在のプリンテッドエレクトロニクスで主流の銀ナノ粒子インクは、高価ではんだ耐性が低いという問題があり、代替する金属インクとして安価な銅が有望視されています。一方で、銅ナノ粒子は極めて酸化に弱いため、プリンテッドエレクトロニクスに用いることが難しく、新たなインクの開発が望まれていました。

今回、研究チームは、大気下で安定な、有機アミンが金属イオンに結合した錯体を使ったインクに着目し、異なる金属の錯体を混合することで、インクの組成や条件により多層コアシェル構造から合金までを印刷可能であることを発見しました。この原理を用いて、銅およびニッケル錯体を混合したインクを印刷することで、自己組織化的に銅・ニッケルコアシェル構造を形成しました。酸化に強いニッケルが銅表面を覆うことによって、耐酸化性を従来の銅インクより大幅に改善し、なおかつ安価なインクを開発しました。銅・ニッケル印刷配線の抵抗率は、最高で19 μΩcmという、従来の金属インクとそん色ない値を示しました。

本インクにさらに微粒銅紛を添加することで、膜厚を大きくした印刷が可能になります。現在、研究チームは、本インクに添加する微粒銅紛を開発する住友金属鉱山株式会社およびNIMSベンチャー企業株式会社プリウェイズと共同で開発を進めています。両社より、近日中にサンプル提供を開始する予定です。

本研究は、NIMS機能性材料研究拠点の三成剛生グループリーダー、李万里ポスドク研究員 (現江南大学准教授) 、同川上亘作グループリーダー、国際ナノアーキテクトニクス研究拠点の 中山知信 副拠点長、李玲穎JSPS特別研究員からなる研究チームによって行われました。

本研究成果は、2022年2月1日にACS Applied Materials & Interfaces誌にオンライン掲載されました。