JP6277751B2 - 銅粒子分散ペースト、及び導電性基板の製造方法 - Google Patents
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Description
特許文献1には、導電性粉末、有機バインダー、添加剤、及び溶剤を必須成分とする導電性ペーストにおいて、該有機バインダーとして熱硬化性樹脂および重量平均分子量1,000〜200万のヒドロキシスチレン系重合体及び/又はその誘導体を含有し、かつ、該添加剤として安息香酸および/またはその誘導体を含有することを特徴とする導電性ペーストが記載されている。特許文献1によれば、当該導電性ペーストを塗布又は印刷後、加熱硬化することにより、導電性、密着性、印刷性に優れた導電塗膜が形成できると記載されている。
しかしながら、特許文献1の技術では、熱硬化性樹脂を含むことが必須である。熱硬化性樹脂を含む導電性ペーストは、加熱時の樹脂の硬化収縮で粒子どうしを接触させることで導電性を発現させる。銅粒子を用いる場合、熱硬化性樹脂による硬化で酸化を抑制しつつ導電性を発現させるが、粒子同士の接触点を増やすために実質的には異形粒子を用いるため、分散性や塗布適性に課題があった。また、粒子同士の接触によるため、発現できる導電性にも限界がある。一方、ナノ粒子を用いた場合のように、粒子同士を焼結させて導電性を発現させる場合においては、熱硬化性樹脂は焼結を阻害する要因となってしまう。
特許文献2の手法は、ミクロンサイズの銅粉に、微細銅粉や銅粒子を充填させて、300℃以上の加熱処理により、銅粒子を銅粉に融合させ、銅粒子同士を融着させることにより銅粉相互の接触面積を大きくし、抵抗率を低減する技術である。しかしながら、特許文献2の手法ではバインダー樹脂に相当する成分を含まないため、ペーストの塗布適性が悪いという課題があった。更に、当該導電性ペーストを用いると、焼結温度が高く、PETフィルム等の低耐熱フィルム上で使用するには更なる焼結温度の低温化が必要であった。
特許文献3の金属微粒子分散体は、低粘度のため、厚膜化が難しく、また、濡れ広がりやすいので、細線を描画できず、微細なパターニングが難しいという問題があった。
本発明は、このような状況下になされたものであり、分散性、塗布適性に優れ、低温又は短時間での焼成後に高い導電性を有する膜が形成可能な銅粒子分散ペースト、並びに、低温又は短時間での焼成により、パターン精度が良好で、優れた導電性を有する導電性基板を得ることができる、導電性基板の製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、係る知見に基づいて完成したものである。
本発明に係る導電性基板の製造方法は、平均粒径が10nm〜1μmの銅粒子と、下記一般式(I)で表される重量平均分子量が3000以下の3級アミンと、熱可塑性樹脂と、溶剤とを含有し、25℃においてせん断速度1000(1/s)で測定した粘度が50mPa・s以上であり、前記銅粒子100質量部に対して、前記熱可塑性樹脂が1〜25質量部である銅粒子分散ペーストを、基材上に塗布して塗膜を形成する工程と、当該塗膜を焼成する工程とを有することを特徴とする。
なお、本発明において(メタ)アクリルとは、アクリル及びメタクリルの各々を表し、(メタ)アクリレートとは、アクリレート及びメタクリレートの各々を表す。
本発明に係る銅粒子分散ペーストは、平均粒径が10nm〜1μmの銅粒子と、下記一般式(I)で表される重量平均分子量が3000以下の3級アミンと、熱可塑性樹脂と、溶剤とを含有し、25℃においてせん断速度1000(1/s)で測定した粘度が50mPa・s以上であることを特徴とする。
本発明においては、酸化され易い銅粒子を用いて高い導電性を得るために、酸化され難い低温又は短時間での焼成が可能な銅粒子分散ペーストとすることに着目した。熱硬化性樹脂をバインダー樹脂として用いると、高温加熱が必要な上、銅粉の焼結を阻害することから、本発明においては、特定の粘度を有するペースト状にするために、塗布適性を付与しつつ、銅粒子の焼結を阻害し難い熱可塑性樹脂を組み合わせる。所定の高粘度を有するペースト状の溶剤及び熱可塑性樹脂中において、銅粒子は沈降しにくいものの、凝集しやすい。銅粒子の分散性を付与するには、銅粒子表面に強く吸着する官能基を有する化合物を用いることが望ましいが、一方で、化合物の吸着が強すぎると焼成工程で当該化合物が銅粒子から脱離し難くなり、結果として導電性悪化の要因となると考えられる。その点、本発明においては、銅粒子表面に比較的弱く吸着する、比較的低分子量の特定構造を有する3級アミンを組み合わせている。当該特定の3級アミンは、脂肪族炭化水素鎖やアルキレンオキシド鎖により熱可塑性樹脂に十分な親和性がある一方で、窒素部位において銅粒子表面に比較的弱く吸着可能なため、銅粒子の熱可塑性樹脂中の分散性を向上させながら、焼成時の脱離性にも優れる。このように熱可塑性樹脂中で銅粒子を均一に分散させることができるため、塗布適性が向上し、更に、パターン印刷時のパターン精度が高くなる。また、当該特定の3級アミンの脂肪族炭化水素鎖やアルキレンオキシド鎖が、焼成時に分解されやすい構造であるため、低温又は短時間での焼成により、優れた導電性を有するようになると推定される。
更に、上記特定の3級アミンが、銅粒子表面に付着していることにより、本発明においては、銅粒子の酸化を抑制する効果が高くなっていることが推定される。そのため、焼成時の酸化による焼結阻害が生じ難くなり、焼成後に高い導電性を有する膜を形成可能になると推定される。
以下、本発明の銅粒子分散ペーストの各成分について順に詳細に説明する。
本発明において銅粒子は、典型的には金属状態の銅粒子であるが、銅は非常に酸化され易い金属のため、金属状態の銅粒子の表面が一部酸化されて酸化物となっている場合が含まれていてもよいものである。
なお、上記銅粒子の平均粒径は、電子顕微鏡写真から一次粒子の大きさを直接計測する方法で求めることができる。具体的には、透過型電子顕微鏡写真(TEM)(例えば、日立ハイテク製 H−7650)にて粒子像を測定し、ランダムに選択した30個の一次粒子の最長部の長さの平均値を平均一次粒径とすることができる。
また、化学還元法の1種としては、錯化剤及び有機保護剤の存在下で、含銅化合物と還元剤とを溶剤中で混合して生成する方法が挙げられる。
なお、上記の方法の他、市販の銅粒子を適宜用いることができる。
粒子の形状は、特に限定されないが、分散性や印刷性の点から、球状が好ましい。
本発明において使用される3級アミンは、下記一般式(I)で表される重量平均分子量が3000以下の3級アミンである。
中でも、上記炭素数1〜20の脂肪族炭化水素基としては、直鎖状又は分岐状の飽和脂肪族炭化水素基であることが、分散性及び焼成時の脱離性、分解性の点から好ましい。
上記炭素数1〜20の脂肪族炭化水素基としては、例えば、メチル基、エチル基、各種プロピル基、各種ブチル基、各種ペンチル基、各種ヘキシル基、各種オクチル基、各種デシル基、各種ドデシル基、各種ヘキサデシル基、各種オクタデシル基等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。なお、各種とは、直鎖のみならず各種分岐鎖を包含する意であり、例えば各種ブチル基とは、n−ブチル基だけでなく、sec−ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基を包含する意である。
アルキレンオキサイド鎖中に、エチレンオキサイド鎖又はプロピレンオキサイド鎖のみを含む場合、n又はmは、1〜30であることが好ましく、更に1〜10であることが好ましい。
また、アルキレンオキサイド鎖中に、エチレンオキサイド鎖とプロピレンオキサイド鎖の両方共が含まれていてもよく、その場合、n+mが2〜60であることが好ましく、更に2〜54であることが好ましい。
また、本発明で用いられる前記一般式(I)で表される3級アミンは、経時の分散安定性、および焼成時の除去のしやすさの点から、沸点が150〜300℃であることが好ましい。
本発明の銅粒子分散ペーストにおいて、前記一般式(I)で表される3級アミンの含有量は、適宜選択されれば良いが、銅粒子の耐酸化性、分散性、及び低温焼結性の点から、前記銅粒子100質量部に対して、前記3級アミンが10質量部以下であることが好ましく、中でも1質量部〜10質量部であることが好ましく、更に2質量部〜10質量部であることが好ましい。
また、本発明の銅粒子分散ペーストにおいて、前記一般式(I)で表される3級アミンの含有量は、耐酸化性、分散性、及び低温焼結性の点から、銅粒子分散ペーストの全量に対して、1〜15質量%であることが好ましく、更に、1〜10質量%の範囲内であることがより好ましい。
本発明において用いられる熱可塑性樹脂は、加熱によって軟化する樹脂であり、銅粒子分散ペーストをペースト状にする粘度を付与するとともに、塗布適性を向上し、且つ加熱時に硬化せずに銅粒子から離脱することにより低温焼結を阻害しない。
本発明において用いられる熱可塑性樹脂としては、低温焼結性、及び焼結膜の導電性の点から、ガラス転移温度が150℃以下であることが好ましく、更に100℃以下であることが好ましい。なおここでのガラス転移温度は、JIS−K 7121に準じて測定した示差走査熱量分析(DSC)測定によるものである。
本発明に係る銅粒子分散ペーストにおいて、フェノキシ樹脂を用いると、前記特定の3級アミンと組み合わせた場合に、塗布適性の中でも特に印刷性が向上し、パターン印刷を行った場合に、パターンの解像度が優れるというメリットがある。フェノキシ樹脂は、前記特定の3級アミンとの相溶性に加えて、印刷に必要なチキソ性を付与するのに適した樹脂であると推定される。
好適なフェノキシ樹脂は、全熱可塑性樹脂中に、50質量%以上含まれることが好ましく、更に70質量%以上含まれることが好ましく、より更に90質量%以上含まれることが好ましい。中でも、本発明において用いられる全熱可塑性樹脂中100質量%で用いることがパターンの解像度が優れる点から好ましい。
本発明の銅粒子分散ペーストにおいて、熱可塑性樹脂の含有量は、ペーストの粘度等諸物性に応じて適宜設定されれば良いが、分散性、印刷性、低温焼結性及び導電性に優れる点から、銅粒子100質量部に対して、25質量部以下であることが好ましく、更に1〜25質量部であることが好ましく、更に1〜10質量部であることが好ましく、より更に2〜10質量部であることが好ましい。熱可塑性樹脂の含有量が上記下限値以上であれば、銅粒子分散ペーストの分散性及び分散安定性、並びに印刷性を優れたものとすることができる。また上記上限値以下であれば、低温焼結性、及び焼成後の膜の導電性に優れている。
本発明の銅粒子分散ペーストおいて、溶剤は、銅粒子分散ペースト中の各成分とは反応せず、これらを溶解もしくは分散可能な有機溶剤であればよく、特に限定されない。ペーストの固形分濃度によって、最適な溶剤を適宜選択すればよい。
中でも、本発明に用いられる溶剤としては、エーテルアルコールアセテート系溶剤やエーテル系溶剤が好適に用いられ、例えば、メトキシブチルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル)、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、又はこれらを混合したものが、3級アミンや熱可塑性樹脂の溶解性や印刷性の点から好ましい。
本発明の被覆銅粒子、銅粒子分散ペーストには、本発明の効果を損なわない範囲で、必要に応じて、その他の成分を含有してもよい。
その他の成分としては、例えば、錯化剤、有機保護剤、還元剤、濡れ性向上のための界面活性剤、密着性向上のためのシランカップリング剤、消泡剤、ハジキ防止剤、酸化防止剤、凝集防止剤、粘度調整剤等が挙げられる。また、本発明の効果が損なわれない限り、他の分散剤が含まれていてもよい。
本発明においてペーストの粘度は、25℃においてせん断速度1000(1/s)で測定した粘度が50mPa・s以上である。中でも、印刷性が良好な点から、前記粘度は、5000mPa・s以下であることが好ましく、更に、100〜3000mPa・sであることが好ましい。
なお、本発明においてペーストの粘度は、温度25℃における粘度を、粘弾性測定装置(例えば、製品名MCR301、アントンパール・ジャパン製)を用いて、せん断速度1000(1/s)の条件で測定することができる。
本発明において、銅粒子分散ペーストの製造方法は、銅粒子が良好に分散できる方法であればよく、従来公知の方法から適宜選択して用いることができる。
例えば、まず銅粒子を準備し、当該銅粒子と、前記一般式(I)で表される3級アミン、及び熱可塑性樹脂と、溶剤と、必要に応じて他の成分を混合し、公知の攪拌機、又は分散機等を用いて分散させることよって、銅粒子分散ペーストを調製することができる。また、例えば、前記熱可塑性樹脂を前記溶剤に混合、攪拌し、樹脂溶液を調製した後、当該樹脂溶液に、準備した銅粒子と、3級アミンと、必要に応じて他の成分を混合し、公知の攪拌機、又は分散機等を用いて分散させることよって、銅粒子分散ペーストを調製しても良い。
本発明に係る導電性基板の製造方法は、平均粒径が10nm〜1μmの銅粒子と、前記一般式(I)で表される重量平均分子量が3000以下の3級アミンと、熱可塑性樹脂と、溶剤とを含有し、25℃においてせん断速度1000(1/s)で測定した粘度が50mPa・s以上である銅粒子分散ペーストを、基材上に塗布して塗膜を形成する工程と、当該塗膜を焼成する工程とを有することを特徴とする。
以下、塗膜を形成する工程と、当該塗膜を焼成する工程の各工程について、順に説明する。
なお、本発明に係る上記導電性基板の製造方法は、本発明の効果が損なわれない限り、必要に応じて他の工程を有していてもよいものである。
本工程は、銅粒子分散ペーストを基材上に塗布して塗膜を形成する工程である。以下、本工程の詳細を説明する。なお、当該銅粒子分散ペーストの構成成分は、上記本発明に係る銅粒子分散ペーストと同様のものとすることができるので、ここでの説明は省略する。
本発明に用いられる基材は、導電性基板に用いられる基材の中から、用途に応じて適宜選択すればよい。例えば、ガラス、アルミナ、シリカなどの無機材料を用いることができ、さらに高分子材料や、紙などを用いることもできる。前記本発明に係る導電性基板用金属微粒子分散体は、従来よりも低温で焼成処理しても導電性に優れた金属膜が得られることから、従来適用が困難であったソーダライムガラスや、高分子材料であっても好適に用いることができ、特に樹脂フィルムを用いることができる点で非常に有用である。
上記ペーストを上記基材上に塗布する方法は、従来公知の方法の中から適宜選択すればよい。中でも、上記銅粒子分散ペーストを用いて導電性パターンを印刷するに当たり、微細なパターニングを行うことができる点から、グラビア印刷、グラビアオフセット印刷、反転オフセット印刷、フレキソ印刷、スクリーン印刷が好ましい。
本工程は、上記工程で得られた塗膜を焼成処理して、金属膜を形成する工程である。
焼成方法は、従来公知の焼成処理方法の中から適宜選択して用いることができる。焼成方法の具体例としては、例えば、焼成炉(オーブン)により加熱する方法の他、赤外線加熱、還元ガス雰囲気下での焼成、レーザーアニールによる焼成、マイクロ波加熱などの方法が挙げられる。
本発明の銅粒子分散ペーストは、低温や、短時間で焼成可能なため、従来の方法よりも低温で焼成処理することができる。
これらの方法を用いると、基材への熱ダメージを少なくすることができると共に、焼成時の金属の酸化も抑制できる。また、短時間焼成であるため、生産性が高いというメリットもある。
マイクロ波表面波プラズマを用いた焼成は、不活性ガス雰囲気下又は還元性ガス雰囲気下で行うのが、得られる焼結膜の導電性の観点から好ましい。
特に、本発明においては、マイクロ波表面波プラズマを、還元性ガス雰囲気下で発生させることが好ましく、中でも、水素ガス雰囲気下で発生させることがより好ましい。これにより、銅粒子表面に存在する絶縁性の酸化物が還元除去され、導電性能の良好な導電パターンが形成される。
フラッシュ光焼成とは、フラッシュ光の照射により極めて短時間で焼成する方法である。ここで、本発明においてフラッシュ光とは、点灯時間が比較的短時間の光のことをいい、当該点灯時間をパルス幅という。フラッシュ光の光源は特に限定されないが、キセノン等の希ガスが封入されたフラッシュランプやレーザー等が挙げられる。中でも、紫外線から赤外線までの連続的な波長スペクトルをもつ光を照射することが好ましく、具体的には、キセノンフラッシュランプを用いることが好ましい。このような光源を用いた場合には、加熱と同時にUV照射を行ったのと同様の効果を得ることができ、極めて短時間で焼成が可能となる。また、このような光源を用いた場合には、パルス幅と照射エネルギーを制御することにより、銅粒子分散ペーストの塗膜、及びその近傍のみを加熱することができ、基材に対する熱の影響を抑えることができる。
本発明において、フラッシュ光のパルス幅は、適宜調整すればよいものであるが、1μs〜10000μsの間で設定されることが好ましく、10μs〜5000μsの範囲内とすることがより好ましい。また、フラッシュ光の1回あたりの照射エネルギーは、0.1J/cm2〜100J/cm2が好ましく、0.5J/cm2〜50J/cm2がより好ましい。
フラッシュ光焼成においてフラッシュ光の照射回数は、塗膜の組成や、膜厚、面積などに応じて適宜調整すればよく、照射回数は1回のみであってもよく、2回以上繰り返し行ってもよい。中でも、照射回数を1〜100回とすることが好ましく、1〜50回とすることが好ましい。フラッシュ光を複数回照射する場合には、フラッシュ光の照射間隔は適宜調整すればよい。中でも照射間隔を10μ秒〜2秒の範囲内で設定することが好ましく、100μ秒〜1秒の範囲内に設定することがより好ましい。
フラッシュ光を上記のように設定することにより、基材への影響を抑えるとともに、銅粒子の酸化を抑制することが可能であり、且つ、銅粒子分散ペーストに含まれる上記特定の3級アミンや熱可塑性樹脂も脱離乃至分解しやすく導電性に優れた導電性基板を得ることができる。
上記フラッシュ光焼成は、大気中、大気圧下で行うことが可能であるが、不活性雰囲気下、還元雰囲気下、減圧下で行ってもよい。また、塗膜を加熱しながら、フラッシュ光焼成を行ってもよい。
また、上記金属膜の体積抵抗率は、1.0×10−4Ω・cm以下であることが好ましい。
本発明の導電性基板の製造方法により得られた導電性基板は、パターン精度が良好で、優れた導電性を有する。このような導電性基板を用いた電子部材としては、表面抵抗の低い電磁波シールド用フィルム、導電膜、フレキシブルプリント配線板などに有効に利用することができる。
(合成例1 平均粒径500nm銅粒子の製造)
酸化第二銅24g、錯化剤として3−メルカプトプロピオン酸0.065g、保護コロイドとしてゼラチン3.8gを400ミリリットルの純水に添加、混合し、10%の硫酸を用いて混合液のpHを4に調整した後、20分かけて室温から90℃まで昇温した。昇温後、撹拌しながら80%ヒドラジン一水和物を添加し、2時間かけて酸化第二銅と反応させ、銅粒子を得た。得られた銅粒子をTEMで観察したところ、平均一次粒径は、500nmであった。
酸化第二銅64gと、有機保護剤としてゼラチン5.1gを650mLの純水に添加し、混合して混合液とした。15%のアンモニア水を用いて、当該混合液のpHを10に調整した後、20分かけて室温から90℃まで昇温した。昇温後、攪拌しながら錯化剤として1%のメルカプト酢酸溶液6.4gと、80%のヒドラジン一水和物28gを150mLの純水に混合した液を添加し、1時間かけて酸化第二銅と反応させて、銅粒子を得た。得られた銅粒子をTEMで観察したところ、平均一次粒径は、50nmであった。
(1)銅粒子分散ペーストの調製
容積50mLの軟膏ビンに、合成例1で得られた平均粒径500nmの銅粉10g、上記一般式(I)で表される重量平均分子量が3000以下の3級アミンとしてソルスパース20000(モノジエチルアミノアルキルエーテル 重量平均分子量1000〜3000 ルーブリゾール社製)0.4g、熱可塑性樹脂としてフェノキシ樹脂(PKHB、Inchem社製 重量平均分子量32000、ガラス転移温度84℃)0.4g、溶剤としてジプロピレングリコールモノメチルエーテル(DPM)(東邦化学工業製)0.8gを加え、真空脱泡攪拌機(あわとり錬太郎 シンキー社製)で2000rpm×2分×3passで攪拌した。攪拌後の混合溶液を3本ロールミル(小平製作所製)に5回通して、ペーストを作製した。
上記作製したペーストに対して、15%の重量比でDPMをさらに添加し、真空脱泡攪拌機で2000rpm×2分×3passで攪拌し、実施例1の銅粒子分散ペースト1を調製した。
(2)フラッシュ光焼成による導電性基板の製造
上記(1)で得られた銅粒子分散ペーストをPETフィルム(A4100 東洋紡製)にワイヤーバーで塗布した後、風乾式のオーブンを用いて、100℃10分の条件で乾燥させた。乾燥後の塗膜に対して、パルスドキセノンランプ装置(Xenon社製)を用いて、パルス幅500μ秒、照射回数1回の条件で、ランプと1インチの距離に塗膜を設置した状態で照射した。印加電圧は表1に示す。
(1)銅粒子分散ペーストの調製
実施例1において、上記一般式(I)で表される重量平均分子量が3000以下の3級アミンを、ソルスパース20000から、アミート102(POE(2)ラウリルアミン 分子量270 花王製)に変更した以外は、実施例1と同様にして、実施例2の銅粒子分散ペースト2を調製した。
なお、POE(m)は、ポリオキシエチレン鎖(−(CH2CH2O)m−)を表す(mはPOEの繰り返し数)。
(2)フラッシュ光焼成による導電性基板の製造
銅粒子分散ペーストを上記で得られた銅粒子分散ペースト2に変更した以外は、実施例1と同様にして、実施例2の導電性基板2を製造した。
(1)銅粒子分散ペーストの調製
実施例1において、上記一般式(I)で表される重量平均分子量が3000以下の3級アミンを、ソルスパース20000から、ナイミーンL207(POE(7)ラウリルアミン 分子量493 日油製)に変更した以外は、実施例1と同様にして、実施例3の銅粒子分散ペースト3を調製した。
(2)フラッシュ光焼成による導電性基板の製造
銅粒子分散ペーストを上記で得られた銅粒子分散ペースト3に変更した以外は、実施例1と同様にして、実施例3の導電性基板3を製造した。
(1)銅粒子分散ペーストの調製
実施例1において、上記一般式(I)で表される重量平均分子量が3000以下の3級アミンを、ソルスパース20000から、ファーミンDM2098(ジメチルラウリルアミン 分子量213 花王製)に変更した以外は、実施例1と同様にして、実施例4の銅粒子分散ペースト4を調製した。
(2)フラッシュ光焼成による導電性基板の製造
銅粒子分散ペーストを上記で得られた銅粒子分散ペースト4に変更した以外は、実施例1と同様にして、実施例4の導電性基板4を製造した。
(1)銅粒子分散ペーストの調製
実施例1において、上記一般式(I)で表される重量平均分子量が3000以下の3級アミンを、ソルスパース20000から、ファーミンDM0898(ジメチルオクチルアミン 分子量157 花王製)に変更した以外は、実施例1と同様にして、実施例5の銅粒子分散ペースト5を調製した。
(2)フラッシュ光焼成による導電性基板の製造
銅粒子分散ペーストを上記で得られた銅粒子分散ペースト5に変更した以外は、実施例1と同様にして、実施例5の導電性基板5を製造した。
(銅粒子分散ペーストの調製)
実施例1において、熱可塑性樹脂を、フェノキシ樹脂から、アクリル樹脂(ダイヤナールBR105 三菱レイヨン製、重量平均分子量55000、ガラス転移温度50℃)に変更した以外は、実施例1と同様にして、実施例6の銅粒子分散ペースト6を調製した。
(2)フラッシュ光焼成による導電性基板の製造
銅粒子分散ペーストを上記で得られた銅粒子分散ペースト6に変更した以外は、実施例1と同様にして、実施例6の導電性基板6を製造した。
(1)銅粒子分散ペーストの調製
実施例1において、熱可塑性樹脂を、フェノキシ樹脂から、ビニルアセタール樹脂(エスレックSV12 積水化学製、重量平均分子量30000、ガラス転移温度77℃)に変更した以外は、実施例1と同様にして、実施例7の銅粒子分散ペースト7を調製した。
(2)フラッシュ光焼成による導電性基板の製造
銅粒子分散ペーストを上記で得られた銅粒子分散ペースト7に変更した以外は、実施例1と同様にして、実施例7の導電性基板7を製造した。
(1)銅粒子分散ペーストの調製
容積50mLの軟膏ビンに、合成例2で得られた平均粒径50nmの銅粉5g、上記一般式(I)で表される重量平均分子量が3000以下の3級アミンとしてソルスパース20000(モノジエチルアミノアルキルエーテル 重量平均分子量1000〜3000 ルーブリゾール社製)0.4g、熱可塑性樹脂としてフェノキシ樹脂(PKHW−34、Inchem社製 重量平均分子量32000、ガラス転移温度84℃)1.18g、溶剤としてジプロピレングリコールモノメチルエーテル(DPM)(東邦化学工業製)13.4gを加え、真空脱泡攪拌機(あわとり錬太郎 シンキー社製)で2000rpm×2分×3passで攪拌した。攪拌後の混合溶液を3本ロールミル(小平製作所製)に5回通して、実施例8の銅粒子分散ペースト8を調製した。
(2)フラッシュ光焼成による導電性基板の製造
銅粒子分散ペーストを上記で得られた銅粒子分散ペースト8に変更した以外は、実施例1と同様にして、実施例8の導電性基板8を製造した。
(1)銅粒子分散ペーストの準備
実施例4の銅粒子分散ペースト4を準備した。
(2)プラズマ焼成による導電性基板の製造
銅粒子分散ペースト4をポリイミドフィルム(カプトン300H 東レ・デュポン製)にワイヤーバーで塗布した後、風乾式のオーブンを用いて、100℃10分の条件で乾燥した。乾燥後の塗膜に対して、水素ガスをガス流量20ccm、導入圧力20Paで導入しながら、マイクロ波表面波プラズマ処理装置(MSP−1500、ミクロ電子株式会社製)を用いて、マイクロ波出力550Wで180秒間焼成し、導電性基板を得た。
(1)比較銅粒子分散ペーストの調製
実施例8において、上記一般式(I)で表される重量平均分子量が3000以下の3級アミンの代わりに、ノプコスパース5600(ポリカルボン酸系分散剤 サンノプコ製)を用いた以外は、実施例8と同様にして、比較銅粒子分散ペースト1を調製した。
後述する分散性の評価を行ったところ、比較銅粒子分散ペースト1は、銅粒子の分散性が悪く、粒子が沈降して分離していた。そのため、比較銅粒子分散ペースト1を用いた導電性基板を製造しなかった。
(1)比較銅粒子分散ペーストの調製
実施例1において、上記一般式(I)で表される重量平均分子量が3000以下の3級アミンの代わりに、フォスファノールRS410(リン酸エステル系分散剤 東邦化学工業製)を用いた以外は、実施例1と同様にして、比較銅粒子分散ペースト2を調製した。
(2)フラッシュ光焼成による比較導電性基板の製造
銅粒子分散ペーストを上記で得られた比較銅粒子分散ペースト2に変更した以外は、実施例1と同様にして、比較例2の比較導電性基板2を製造した。
(1)比較銅粒子分散ペーストの調製
実施例1において、熱可塑性樹脂を添加しない以外は、実施例1と同様にして、比較銅粒子分散ペースト3を調製した。
後述する印刷性の評価を行ったところ、比較銅粒子分散ペースト3は、カスレやスジが見られ、面内均一に塗布できなかった。そのため、比較銅粒子分散ペースト3を用いた導電性基板を製造しなかった。
(1)比較銅粒子分散ペーストの調製
実施例1において、上記一般式(I)で表される重量平均分子量が3000以下の3級アミンの代わりに、2級アミンのジステアリルリルアミン(商品名ファーミンD86 分子量522 花王製)を用いた以外は、実施例1と同様にして、比較銅粒子分散ペースト4を調製した。
(2)フラッシュ光焼成による比較導電性基板の製造
銅粒子分散ペーストを上記で得られた比較銅粒子分散ペースト4に変更した以外は、実施例1と同様にして、比較例4の比較導電性基板4を製造した。
(1)比較銅粒子分散ペーストの調製
実施例1において、熱可塑性樹脂の代わりに、熱硬化性樹脂であるレジトップPL6220(群栄化学工業製)を用いた以外は、実施例1と同様にして、比較銅粒子分散ペースト5を調製した。
(2)フラッシュ光焼成による比較導電性基板の製造
銅粒子分散ペーストを上記で得られた比較銅粒子分散ペースト5に変更した以外は、実施例1と同様にして、比較例5の比較導電性基板5を製造した。
(1)比較銅粒子分散ペーストの調製
実施例1において、上記一般式(I)で表される重量平均分子量が3000以下の3級アミンの代わりに、1級アミンのラウリルアミン(商品名ファーミン20D 分子量185 花王製)を用いた以外は、実施例1と同様にして、比較銅粒子分散ペースト6を調製した。
(2)プラズマ焼成による導電性基板の製造
銅粒子分散ペーストを上記で準備した比較銅粒子分散ペースト6に変更した以外は、実施例9と同様にして、比較例6の比較導電性基板6を製造した。
<粘度評価>
銅粒子分散ペーストの粘度は、粘弾性測定装置(製品名MCR301、アントンパール・ジャパン製)を用いて、温度25℃においてせん断速度1000(1/s)の条件で測定した。結果を表1に示す。
銅粒子分散ペーストの分散性の評価として、各実施例及び比較例で得られた銅粒子分散ペーストを調製後24時間放置後、目視で観察して、沈降の有無を確認した。結果を表1に示す。
[分散性評価基準]
A:分離せず、粒子の沈降が見られない
Z:熱可塑性樹脂が析出しているか、粒子が沈降して分離している
各実施例及び比較例で得られた銅粒子分散ペーストをPETフィルム(A4100 東洋紡製)にワイヤーバーで塗布後、焼成前に銅粒子分散ペーストの塗膜の膜質を目視で観察することにより塗布適性評価を行った。結果を表1に示す。
[塗布適性評価基準]
A:カスレやスジがなく、均一に塗布できる。
Z:カスレやスジが見られ、面内均一に塗布できない。
各実施例及び比較例で得られた銅粒子分散ペーストをグラビアオフセット印刷機を用いて、PETフィルム(A4100 東洋紡製)に印刷し、銅粒子分散ペーストが印刷されたフィルムを得た。結果を表1に示す。
[印刷適性評価基準]
A:線幅30μmのラインが解像可能
B:線幅30μmのラインが解像不可、線幅100μmが解像可能
Z:線幅100μmのラインが解像不可
得られた導電性基板について、導電性評価を行った。表面抵抗計(ダイアインスツルメンツ製「ロレスタGP」、PSPタイププローブ)を用いて、各実施例及び比較例の導電性基板の金属膜に4探針を接触させ、4探針法によりシート抵抗値を測定した。
フラッシュ光焼成を行った各導電性基板の各結果を表1に示す。また、プラズマ焼成を行った実施例9の比抵抗は59.4μΩ・cmであり、比較例6の比抵抗は148μΩ・cmであった。
銅粒子と熱可塑性樹脂を含む高粘度の銅粒子分散ペーストとする場合に、重量平均分子量が3000以下の特定の構造を有する3級アミンを分散剤として用いることにより、銅粒子の分散性、及び塗布適性に優れるとともに、低温又は短時間で焼成した場合であっても高い導電性を有する膜を形成できることが、実施例1〜9により明らかにされた。また、本発明に係る銅粒子分散ペーストを用いると、印刷性に優れることから、回路パターンを精度よく形成することが可能である。中でも特に、熱可塑性樹脂としてフェノキシ樹脂を用いる場合には、特に印刷性が向上し、パターン印刷を行った場合に、パターンの解像度が優れることがわかった。
一方、ポリカルボン酸系分散剤を用いた比較例1の銅粒子分散ペーストは、銅粒子の分散性が悪く、粒子が沈降して分離していたため、導電性基板を製造することができなかった。また、リン酸エステル系分散剤を用いた比較例2の銅粒子分散ペーストは、銅粒子の分散性、塗布適性及び印刷性には優れるものの、低温又は短時間で焼成した場合には高い導電性が得られなかった。また、熱可塑性樹脂を添加しない比較例3の銅粒子分散ペーストは、印刷性の評価を行ったところ、カスレやスジが見られ、面内均一に塗布できなかった。また、分散剤として重量平均分子量が3000以下の2級アミンを用いた比較例4の銅粒子分散ペーストは、分散性が悪く、塗布適性及び印刷性が悪く、低温又は短時間で焼成した場合の導電性が劣っていた。また、熱可塑性樹脂の代わりに熱硬化性樹脂を用いた比較例5の銅粒子分散ペーストは、銅粒子の分散性、塗布適性及び印刷性には優れるものの、低温又は短時間で焼成した場合に低い導電性となり、クラックが発生した。また、分散剤として重量平均分子量が3000以下の1級アミンを用いた比較例6の銅粒子分散ペーストは、低温又は短時間で焼成した場合の導電性が劣っていた。
2 金属膜
100 基板
Claims (7)
- 前記銅粒子100質量部に対して、前記3級アミンが1〜10質量部であり、前記熱可塑性樹脂が1〜25質量部である、請求項1に記載の銅粒子分散ペースト。
- 前記熱可塑性樹脂が、フェノキシ樹脂を含有する、請求項1又は2に記載の銅粒子分散ペースト。
- 平均粒径が10nm〜1μmの銅粒子と、下記一般式(I)で表される重量平均分子量が3000以下の3級アミンと、熱可塑性樹脂と、溶剤とを含有し、25℃においてせん断速度1000(1/s)で測定した粘度が50mPa・s以上であり、前記銅粒子100質量部に対して、前記熱可塑性樹脂が1〜25質量部である銅粒子分散ペーストを、基材上に塗布して塗膜を形成する工程と、当該塗膜を焼成する工程とを有する、導電性基板の製造方法。
(R1は炭素数1〜20の脂肪族炭化水素基である。R2及びR3はそれぞれ独立に、炭素数1〜20の脂肪族炭化水素基、又は、−(CH2CH2O)n−(CH2CH(CH3)O)m−Hで表される基(m、nは0以上の整数であり、m及びnの少なくとも1つは1以上)である。) - 前記焼成する工程が、マイクロ波エネルギーの印加により発生する表面波プラズマにより焼成する工程であるか、フラッシュ光の照射により焼成する工程である、請求項4に記載の導電性基板の製造方法。
- 前記銅粒子100質量部に対して、前記3級アミンが1〜10質量部であり、前記熱可塑性樹脂が1〜25質量部である、請求項4又は5に記載の導電性基板の製造方法。
- 前記熱可塑性樹脂が、フェノキシ樹脂を含有する、請求項4乃至6のいずれかに記載の導電性基板の製造方法。
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