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WO2018169012A1 - 分散体並びにこれを用いた導電性パターン付構造体の製造方法及び導電性パターン付構造体 - Google Patents

分散体並びにこれを用いた導電性パターン付構造体の製造方法及び導電性パターン付構造体 Download PDF

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WO2018169012A1
WO2018169012A1 PCT/JP2018/010287 JP2018010287W WO2018169012A1 WO 2018169012 A1 WO2018169012 A1 WO 2018169012A1 JP 2018010287 W JP2018010287 W JP 2018010287W WO 2018169012 A1 WO2018169012 A1 WO 2018169012A1
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WO
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dispersion
copper
conductive pattern
substrate
particles
Prior art date
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PCT/JP2018/010287
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English (en)
French (fr)
Inventor
栄一 大野
徹 湯本
雅典 鶴田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Asahi Kasei Corp
Asahi Chemical Industry Co Ltd
Original Assignee
Asahi Kasei Corp
Asahi Chemical Industry Co Ltd
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Publication date
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Priority to US16/491,115 priority patent/US11270809B2/en
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Definitions

  • the present invention relates to a dispersion, a method for producing a structure with a conductive pattern using the dispersion, and a structure with a conductive pattern.
  • the circuit board has a structure in which conductive wiring is provided on the board.
  • a circuit board manufacturing method is generally as follows. First, a photoresist is applied on a substrate on which a metal foil is bonded. Next, the photoresist is exposed and developed to obtain a negative shape of a desired circuit pattern. Next, a portion of the metal foil not covered with the photoresist is removed by chemical etching to form a pattern. Thereby, a high-performance circuit board can be manufactured.
  • the conventional method has many drawbacks such as a large number of steps, complicated processes, and the need for a photoresist material.
  • PE printed electronics
  • the dispersion examples include metal ink and metal paste.
  • the metal ink is a dispersion in which ultrafine metal particles having an average particle diameter of several to several tens of nanometers are dispersed in a dispersion medium. When the metal ink is applied to the substrate and dried, and then heat-treated, the metal ink sinters at a temperature lower than the melting point of the metal due to a melting point drop unique to the ultrafine metal particles. ) Can be formed.
  • a metal film obtained using metal ink has a thin film thickness and is close to a metal foil.
  • the metal paste is a dispersion in which micrometer-sized metal fine particles and a binder resin are dispersed in a dispersion medium. Since the size of the fine particles is large, in order to prevent sedimentation, the particles are usually supplied in a highly viscous state. Therefore, it is suitable for application by screen printing and dispenser suitable for a material having high viscosity.
  • the metal paste has a feature that a metal film having a large film thickness can be formed because the size of the metal particles is large.
  • Copper is attracting attention as a metal used for such metal particles.
  • ITO Indium Tin Oxide
  • ITO Indium Tin Oxide
  • resistivity resistivity
  • ion electrochemical migration
  • performance as a conductor, price, reserves, etc. Therefore, copper is the most promising.
  • a copper thin film is formed by reducing ultra-fine copper oxide as a precursor and reducing the copper oxide to copper by an energy such as heat and actinic rays in an appropriate atmosphere.
  • an energy such as heat and actinic rays in an appropriate atmosphere.
  • the surface diffusion itself in the ultrafine particles of copper oxide occurs at a temperature lower than 300 ° C., when the copper oxide is reduced to copper by energy in an appropriate atmosphere, the copper ultrafine particles become dense due to sintering. A random chain is formed, and the whole becomes a network, and desired electrical conductivity is obtained.
  • a metal thin film obtained by a PE method using a metal ink and a metal paste is required to have not only low resistivity but also little change with time.
  • silver paste it is known that silver easily undergoes oxidation in the atmosphere and is oxidized to increase the resistivity, so that the resistivity between silver particles deteriorates with time.
  • the dispersion has excellent dispersion stability against changes with time at a high concentration.
  • the thickness of the metal paste coating is larger than 1 ⁇ m, not only cracking is likely to occur during the firing process, but also cracks occur over time, and the resistivity of the metal film deteriorates over time. It has been known.
  • the dispersion used in the PE method is required to be applicable not only to ink jet printing that provides a relatively thin coating film but also to screen printing that provides a relatively thin coating film.
  • the metal film is required to be easily soldered.
  • metal particles average particle diameter of 0.5 to 2.0 ⁇ m
  • the metal film is also required to have high adhesiveness with solder.
  • the present invention has been made in view of the above points, and is a dispersion capable of forming a conductive pattern having high dispersion stability and low resistance on a substrate, and a method for producing a conductive structure with a conductive pattern and a conductive material using the same. Another object is to provide a structure with a sex pattern.
  • a dispersion that can be applied to a screen printing method and can obtain a conductive pattern excellent in resistivity temporal stability and solderability, and a method for producing a structure with a conductive pattern using the same and conductivity
  • An object is to provide a structure with a pattern.
  • the present invention is to solve any one of the first to third problems.
  • the dispersion of one embodiment of the present invention includes copper oxide, a dispersant, and a reducing agent
  • the content of the reducing agent is in the range of the following formula (1)
  • the content of the dispersing agent is It is the range of following formula (2), It is characterized by the above-mentioned. 0.0001 ⁇ (reducing agent mass / copper oxide mass) ⁇ 0.10 (1) 0.0050 ⁇ (dispersant mass / copper oxide mass) ⁇ 0.30 (2)
  • This configuration limits the mass range of the reducing agent and dispersant relative to copper oxide, thereby improving dispersion stability and effectively reducing the resistance of the conductive pattern.
  • the baking treatment can be performed using plasma, light, or laser light, the organic matter in the copper oxide is decomposed, the baking of the copper oxide is promoted, and a conductive pattern with low resistance can be formed.
  • the dispersion of one embodiment of the present invention includes copper oxide having a particle size of 1 nm to 50 nm, copper particles having a particle size of 0.1 ⁇ m to 100 ⁇ m, and an organic compound having a phosphate group.
  • the dispersion according to one embodiment of the present invention includes copper oxide and at least one copper particle having a shape extending in one direction, a dendritic shape, or a flat shape.
  • the copper particles when the copper particles have a shape extending in one direction, a dendritic shape, or a flat shape, the particles are easily aligned, and a large number of contact points between the particles can be secured.
  • the reduced copper oxide particles act as a binder, the mechanical strength and electrical continuity of the conductive pattern are improved, and the stability over time of the resistivity is increased.
  • it since it is hard to aggregate, it is excellent in dispersion stability and screen printing becomes possible.
  • the dispersion of one embodiment of the present invention preferably contains copper particles, and the copper particles preferably have a shape extending in one direction, a dendritic shape, or a flat shape.
  • the dispersion of one embodiment of the present invention preferably includes at least the copper particles having the dendritic shape.
  • the copper oxide preferably has a particle diameter of 1 nm to 50 nm.
  • the mass ratio of the copper particles to the mass of the copper oxide is preferably 1.0 or more and 7.0 or less.
  • the mass ratio of the organic compound to the mass of the copper oxide is preferably 0.0050 or more and 0.30 or less.
  • a reducing agent is included, and a mass ratio of the reducing agent to a mass of the copper oxide is 0.0001 or more and 0.10 or less.
  • the dispersion of one embodiment of the present invention contains a reducing agent, and the reducing agent is hydrazine, hydrazine hydrate, sodium, carbon, potassium iodide, oxalic acid, iron (II) sulfide, sodium thiosulfate, ascorbic acid It is preferable to contain at least one selected from the group consisting of tin (II) chloride, diisobutylaluminum hydride, formic acid, sodium borohydride and sulfite.
  • the reducing agent is hydrazine, hydrazine hydrate, sodium, carbon, potassium iodide, oxalic acid, iron (II) sulfide, sodium thiosulfate, ascorbic acid
  • the copper oxide preferably contains cuprous oxide.
  • the dispersion according to one embodiment of the present invention further includes a dispersion medium, and the dispersion medium is selected from the group consisting of terpineol, ⁇ -butyrolactone, cyclohexanone, ethanol, propylene glycol, butanol, propanol, ethylene glycol monoethyl ether acetate, and tetralin. It is preferable that at least one selected.
  • the dispersion medium further includes a dispersion medium and two or more kinds of the dispersion medium are included.
  • a method for producing a structure with a conductive pattern of one embodiment of the present invention includes a step of coating the dispersion on a substrate to form a coating film, irradiating the coating film with laser light, and And a step of forming a conductive pattern.
  • the manufacturing method of the structure with a conductive pattern of 1 aspect of this invention apply
  • the baking treatment is preferably performed by generating plasma in an atmosphere containing a reducing gas.
  • the baking treatment is preferably performed by a light irradiation method.
  • the baking treatment is preferably performed by heating the coating film with heat of 100 ° C. or higher.
  • the dispersion is applied by an aerosol method to form the desired pattern.
  • the dispersion is preferably applied by screen printing.
  • the coating film is formed on a transfer body, and then transferred from the transfer body to the substrate to form the coating film on the substrate. It is preferable.
  • the method includes a step of forming a desired pattern on the surface of the substrate, and a step of transferring the desired pattern to the substrate by bringing the substrate into contact with the surface of the transfer body.
  • the conductive pattern is preferably an antenna.
  • the conductive pattern has a mesh shape.
  • the method further includes a step of forming a solder layer on a part of the surface of the conductive pattern.
  • solder an electronic component on the conductive pattern via the solder layer it is preferable to solder an electronic component on the conductive pattern via the solder layer by a reflow method.
  • the structure with a conductive pattern of one embodiment of the present invention includes a substrate, a cuprous oxide-containing layer formed on the surface of the substrate, and a conductive layer formed on the surface of the cuprous oxide-containing layer.
  • the conductive layer is a wiring having a line width of 1 ⁇ m or more and 1000 ⁇ m or less, and the wiring contains reduced copper.
  • the structure with a conductive pattern of one embodiment of the present invention includes a substrate, a cuprous oxide-containing layer formed on the surface of the substrate, and a conductive layer formed on the surface of the cuprous oxide-containing layer.
  • the conductive layer is a wiring having a line width of 1 ⁇ m or more and 1000 ⁇ m or less, and the wiring contains reduced copper, copper and tin.
  • the structure with a conductive pattern of one embodiment of the present invention includes a substrate and a conductive pattern formed on a surface of the substrate, and the conductive pattern is a wiring having a line width of 1 ⁇ m to 1000 ⁇ m.
  • the wiring includes reduced copper, phosphorus, and voids.
  • the structure with a conductive pattern of one embodiment of the present invention includes a substrate and a conductive pattern formed on a surface of the substrate, and the conductive pattern is a wiring having a line width of 1 ⁇ m to 1000 ⁇ m.
  • the wiring includes reduced copper, copper, and tin.
  • the copper grain size is preferably 0.1 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less.
  • the surface roughness of the surface of the conductive layer or the conductive pattern is preferably 500 nm or more and 4000 nm or less.
  • the wiring can be used as an antenna.
  • a solder layer is formed on a part of the surface of the conductive layer or the conductive pattern.
  • the structure with a conductive pattern of one embodiment of the present invention includes a substrate and a conductive pattern formed on the surface of the substrate, and the conductive pattern is a wiring having a line width of 1 ⁇ m or more and 1000 ⁇ m or less,
  • the wiring includes reduced copper, copper oxide, and phosphorus, and a resin is disposed so as to cover the wiring.
  • a conductive pattern with high dispersion stability and low resistance can be formed on a substrate.
  • the present invention will be described in detail for the purpose of illustrating an embodiment of the present invention (hereinafter referred to as “the present embodiment”), but the present invention is not limited to the present embodiment.
  • the dispersion according to the first embodiment includes (1) copper oxide, (2) a dispersant, and (3) a reducing agent.
  • a reducing agent included in the dispersion, reduction of copper oxide to copper is promoted in firing, and copper sintering is promoted.
  • the content of the reducing agent satisfies the range of the following formula (1).
  • the mass ratio of the reducing agent is 0.0001 or more, the dispersion stability is improved and the resistance of the copper film is lowered. Moreover, when it is 0.1 or less, the long-term stability of the dispersion is improved. 0.0001 ⁇ (reducing agent mass / copper oxide mass) ⁇ 0.10 (1)
  • content of a dispersing agent satisfy
  • the dispersion stability is improved and the resistance of the conductive film is effectively reduced.
  • baking treatment can be performed using plasma, light, or laser light, an organic substance in the copper oxide is decomposed, baking of the copper oxide is promoted, and a conductive film having low resistance can be formed. For this reason, various copper wirings, such as an electromagnetic wave shield and a circuit, can be provided.
  • the dispersion according to the first embodiment preferably includes copper particles, and the copper particles preferably have a shape extending in one direction, a dendritic shape, or a flat shape. More preferably, the dispersion of the first embodiment includes at least copper particles having a dendritic shape.
  • the copper particles having a specific shape are easily entangled with each other or aligned as compared with, for example, particles having a small aspect ratio such as a spherical or regular polyhedral shape. For this reason, many contact points of particles can be secured, and when the coating film is sintered by a baking treatment, a strong mechanical structure is formed, and cracks are suppressed from occurring in the obtained conductive film.
  • the dispersion of the first embodiment includes copper particles, and the copper particles preferably have a particle size of 0.1 ⁇ m to 100 ⁇ m, more preferably 0.5 ⁇ m to 50 ⁇ m, and more preferably 1.0 ⁇ m.
  • the thickness is particularly preferably 10 ⁇ m or less.
  • the copper oxide preferably has a particle diameter of 1 nm or more and 50 nm or less.
  • the amount of the dispersant used can be reduced, and the firing process is facilitated.
  • the above-mentioned dispersion hardly aggregates despite containing ultrafine particles at a high concentration. For this reason, it was applicable to the screen printing method, and it turned out that it is excellent in printability. Moreover, it was also found that the above-mentioned dispersion exhibits excellent dispersion stability against changes with time at a high concentration and can be screen-printed even after long-term storage.
  • the above-mentioned dispersion can form a coating film with a relatively thick film by using screen printing, it was found that a large amount of current can be conducted with the obtained conductive film.
  • the dispersion according to the second embodiment includes copper oxide having a particle size of 1 nm to 50 nm, copper particles having a particle size of 0.1 ⁇ m to 100 ⁇ m, and an organic compound having a phosphate group. It is characterized by that.
  • the particle diameter is an average particle diameter of primary particles of copper oxide particles and copper particles.
  • a coating film using a dispersion containing copper particles having a particle size of micrometer order and copper oxide particles of nanometer order When sintered by the firing treatment, the copper particles are bonded together to form a strong mechanical structure. And since the copper oxide particle exists between copper particles, it reduces by a baking process, changes to metallic copper, it sinters, integrates with a copper particle, and comes to produce electrical continuity. In other words, the copper oxide particles act as a binder for the copper particles. Therefore, in the obtained conductive film, the occurrence of cracks due to abrupt strain and residual strain during sintering is suppressed. Further, the copper particles and the reduced copper oxide particles form a path as a conductor, and the resistivity can be lowered. As a result, it is possible to obtain a conductive film having low resistivity and high resistivity stability over time.
  • the upper limit of the particle diameter of the copper oxide particles is 50 nm. If it is less than this, it is easy to sinter and easily enters between the copper particles, so that it easily acts as a binder.
  • a conductive film can be formed by sintering at a temperature lower than the melting point of the metal due to a melting point drop unique to the ultrafine metal particles.
  • melting point drop if the particle size of the metal particles is sufficiently small, the proportion of the atoms in the high energy state present on the surface of the particles increases and the surface diffusion of the atoms becomes so large that it cannot be ignored. As a result, due to surface diffusion, stretching of the interface between particles occurs, and sintering is performed at a temperature lower than the melting point of the metal is referred to as melting point drop.
  • the lower limit of the particle diameter of the copper oxide particles is 1 nm. If it is more than this, the amount of the dispersant used can be reduced, and the firing process becomes easy.
  • the particle diameter is determined from the viewpoint of the denseness and electrical characteristics of metallic copper obtained by reducing the copper oxide particles. Furthermore, considering the use of a resin substrate as the firing condition, it is necessary to lower the temperature from the viewpoint of reducing damage to the substrate, so that the particle diameter is preferably smaller. When the primary particle diameter is 50 nm or less, the input energy tends to be reduced so as not to further damage the substrate in the baking treatment described later.
  • the upper limit value of the particle diameter of the copper particles is 100 ⁇ m. This is because if it is less than this, the effect of suppressing the occurrence of cracks is high, and ultrafine particles of nanometer-order copper oxide enter between the copper particles, making it easier to work as a binder.
  • the lower limit of the average particle diameter of the copper particles is 0.1 ⁇ m. Thereby, it can prevent that the mechanical strength of copper particle itself becomes small.
  • the dispersion according to the second embodiment includes relatively large copper particles and includes a dispersant. Any dispersant can be used as long as it can disperse the copper oxide particles, but an organic compound having a phosphate group is preferable. For this reason, although it contains comparatively small copper oxide particles, it is difficult to aggregate and can be suitably used for the screen printing method. It is possible to prevent the agglomerated particles from being clogged in the supply path from the ink storage container to the screen or the screen mesh of the printing apparatus used in the screen printing method. In addition, since the dispersion according to the second embodiment exhibits excellent dispersion stability against a change with time at a high concentration, screen printing is possible even after long-term storage.
  • Screen printing is a line pattern having a relatively wide width of, for example, 100 ⁇ m, and can form a coating film having a relatively large film thickness, and is suitable for forming a conductive film capable of flowing a large amount of electricity.
  • the dispersion according to the second embodiment can be suitably used in applications where expensive silver ink is currently used.
  • screen printing apparatuses using silver ink are widespread, since an existing screen printing apparatus can be used, substitution from silver ink to copper ink can be easily performed.
  • the coating film becomes bulky. A thick coating can be formed.
  • a conductive substrate provided with such a conductive film has high conductivity and is suitable for applications such as a transparent conductive film and an electromagnetic wave shield. According to the dispersion of the second embodiment, silver can be replaced with copper, and the cost of these products can be greatly reduced.
  • printing is to form a desired pattern (generally including characters, images, patterns, etc.) on the medium with ink (one aspect of the dispersion of the present invention). This is a concept included in the application.
  • the dispersion according to the second embodiment decomposes organic components such as a dispersion medium that deteriorates the solderability by the firing operation, the wettability of the solder to the conductive film obtained using the dispersion is reduced. Higher and easier to solder.
  • the copper particles have a shape extending in one direction, a dendritic shape, or a flat shape.
  • the dispersion according to the second embodiment includes at least copper particles having a dendritic shape.
  • the mass ratio of the organic compound to the mass of the copper oxide particles is preferably 0.0050 or more and 0.30 or less.
  • the organic compound having a phosphate group as a dispersant is in this range, aggregation of copper oxide is suppressed and dispersion stability is improved.
  • the above-mentioned dispersion hardly aggregates despite containing ultrafine particles at a high concentration. For this reason, it was applicable to the screen printing method, and it turned out that it is excellent in printability. Moreover, it was also found that the above-mentioned dispersion exhibits excellent dispersion stability against changes with time at a high concentration and can be screen-printed even after long-term storage.
  • the above-mentioned dispersion can form a coating film with a relatively thick film by using screen printing, it was found that a large amount of current can be conducted with the obtained conductive film.
  • the dispersion according to the third embodiment includes at least copper oxide and copper particles having a shape extending in one direction, a dendritic shape, or a flat shape (hereinafter also referred to as copper particles having a specific shape). And one kind.
  • the shape of the particles is a shape extending in one direction.
  • the shape is the shape of the primary particles.
  • the elongation direction of the particles is the vertical direction, and the maximum value in the vertical direction is the length (L).
  • the direction orthogonal to the vertical direction is defined as the width direction, and the maximum value in the width direction is defined as the width (W).
  • the ratio of length (L) to particle width (W) is defined as the aspect ratio. It can be said that it is a shape obtained by extending a shape having an aspect ratio exceeding 1 in one direction.
  • the shape extending in one direction examples include a needle shape, a column shape, a thread shape, a string shape, a wire shape, a rod shape, and a spindle shape.
  • the difference between the needle shape and the column shape is not the difference in shape but the size of the particles. That is, even if the shape is the same, a relatively long width (W) is called a columnar shape, and a short width (W) is called a needle shape.
  • the shape extending in one direction is not limited to the case where the cross-sectional size is constant along the particle extending direction, and there may be a portion that is larger or smaller than other portions.
  • the width (W) in this case is the diameter of the bottom surface of the cylinder when the particle is regarded as a cylinder having the same volume.
  • the shape of the cross section of the particle is not particularly limited, but may be a circle, a triangle, a quadrangle, a polygon more than that, a shape connected by a curve or a straight line.
  • the particles are not limited to those that extend straight in the extension direction, but may have a shape that extends while bending.
  • the shape of the particles is called hair, thread, string, wire or the like.
  • the aspect ratio of the particles is preferably 3 or more.
  • the dendritic shape can be described as follows. First, here, the shape is the shape of the primary particles. Next, the dendritic shape is composed of a main trunk having a shape extending in one direction as described above, and at least one branch branched from the main trunk. This shape is also called a dendrite shape.
  • the shape of the particles is a dendritic shape
  • the particles can be easily aligned, and many contacts can be secured between the particles.
  • particles can be entangled three-dimensionally.
  • the aspect ratio of the main trunk of the particles is preferably 3 or more.
  • the number of branches is not particularly limited, but is preferably 2 or more, and particularly preferably 3 or more.
  • the aspect ratio of the main trunk is the same as that described for the particles having a shape elongated in one direction.
  • the flat shape can be explained as follows. First, here, the shape is the shape of the primary particles. Next, the flat shape is a shape having a main surface that is flat or curved. The maximum length (a) of the main surface is vertical, and the maximum length (b) orthogonal to the vertical (a) is horizontal. The ratio of the length (a) of the main surface to the thickness (c) of the particle is defined as the aspect ratio. A shape with an aspect ratio exceeding 3 can be said to be a flat shape.
  • the flat shape include a plate shape, a leaf shape, and a scale shape (also called flake shape).
  • the difference between the plate shape, the leaf shape, and the scale shape is not the difference in shape but the size of the particles. That is, even if the shape is the same, a relatively thick one (c) is called a plate, a thinner one is called a leaf piece, and a thinner one is called a scale.
  • the aspect ratio of the particles is preferably 5 or more.
  • the dispersion according to the third embodiment includes at least copper particles having a dendritic shape.
  • the copper particles having a specific shape are entangled or aligned with each other, for example, as compared with particles having a small aspect ratio such as a spherical or regular polyhedron. Cheap. For this reason, many contact points of particles can be secured.
  • the coating film is sintered by a baking treatment, a strong mechanical structure is formed.
  • the copper oxide particle exists between copper particles, it reduces by a baking process, changes to metallic copper, it sinters, integrates with a copper particle, and comes to produce electrical continuity.
  • the copper oxide particles act as a binder for the copper particles. Therefore, in the obtained conductive film, the occurrence of cracks due to abrupt strain and residual strain during sintering is suppressed. Further, the copper particles and the reduced copper oxide particles form a path as a conductor, and the resistivity can be lowered. As a result, it is possible to obtain a conductive film having low resistivity and high resistivity stability over time.
  • the dispersion according to the third embodiment includes copper particles having a specific shape. For this reason, the dispersion is less likely to aggregate and can be suitably used for screen printing. It is possible to prevent the agglomerated particles from being clogged in the supply path from the ink storage container to the screen or the screen mesh of the printing apparatus used in the screen printing method.
  • the dispersion according to the third embodiment can be suitably used in applications where expensive silver ink is currently used. Moreover, although screen printing apparatuses using silver ink are widespread, since an existing screen printing apparatus can be used, substitution from silver ink to copper ink can be easily performed.
  • the coating film becomes bulky because it contains copper particles having a specific shape, and as a result, the film thickness is compared. A thick film can be formed.
  • a conductive substrate provided with a conductive film having such a thickness has high conductivity, it is suitable for applications such as a transparent conductive film and an electromagnetic wave shield. According to the dispersion of the third embodiment, silver can be replaced with copper, and the cost of these products can be greatly reduced.
  • the dispersion according to the third embodiment contains copper particles having a specific shape, the dispersion does not easily aggregate and exhibits excellent dispersion stability against a change with time at a high concentration. For this reason, screen printing is possible even after long-term storage.
  • the dispersion according to the third embodiment decomposes organic components such as a dispersion medium that deteriorates the solderability by the firing operation, the wettability of the solder to the conductive film obtained using the dispersion is reduced. Higher and easier to solder.
  • the dispersion according to the third embodiment includes copper particles having a dendritic shape, the above-described effects are enhanced, which is optimal.
  • FIG. 1 is a schematic view showing the state of copper oxide and copper particles having a dendritic shape before the dispersion according to the third embodiment is applied to a substrate and fired.
  • a plurality of copper particles 5 having a dendritic shape are entangled with each other or aligned. For this reason, the copper particles 5 are in contact with each other at a plurality of contacts X. And between these copper particles 5, the copper oxide particle 2 with a small particle diameter has entered.
  • the number of contacts X is larger than that of the copper particles having no branches and extending in one direction.
  • the copper particles 5 are more easily dispersed and less likely to aggregate.
  • the effects as described above are more remarkably exhibited.
  • the copper particles preferably have a particle size of 0.1 ⁇ m to 100 ⁇ m, more preferably 0.5 ⁇ m to 50 ⁇ m, and particularly preferably 1.0 ⁇ m to 10 ⁇ m. preferable.
  • the crack generation suppression effect is high, and ultrafine particles of copper oxide of nanometer order enter between the copper particles, so that it becomes easy to work as a binder.
  • it can prevent that the mechanical strength of copper particle itself becomes small.
  • the copper oxide preferably has a particle diameter of 1 nm or more and 50 nm or less.
  • the amount of the dispersant used can be reduced, and the firing process is facilitated.
  • the mass ratio of the copper particles to the mass of the copper oxide particles is preferably 0.5 or more and 10 or less. Moreover, it is more preferable that the mass ratio of the copper particles to the mass of the copper oxide particles is 1.0 or more and 7.0 or less. Moreover, it is more preferable that the mass ratio of the copper particles to the mass of the copper oxide particles is 1.5 or more and 6.0 or less. If the copper particle mass ratio is within this range, copper oxide is abundant, so that the copper particles obtained by reduction are sufficiently bonded. For this reason, the mechanical strength of the electrically conductive film after baking becomes high. Moreover, the crack suppression effect by the copper particle obtained by reduce
  • the reducing agent contains a reducing agent with respect to the mass of the copper oxide in a mass ratio of 0.0001 or more and 0.10 or less.
  • the mass ratio of the reducing agent By defining the mass ratio of the reducing agent, the dispersion stability is improved, the resistance of the copper film is lowered, and the long-term stability of the dispersion is improved.
  • the effect of suppressing the occurrence of cracks is high, and ultrafine particles of copper oxide on the order of nanometers enter between the copper particles, making it easier to work as a binder.
  • it can prevent that the mechanical strength of copper particle itself becomes small. Since it contains comparatively large copper particles and contains an organic compound having a phosphate group as a dispersant, it hardly aggregates despite containing comparatively small copper oxide particles.
  • a reducing agent is included, and the reducing agent is hydrazine, hydrazine hydrate, sodium, carbon, potassium iodide, oxalic acid, iron (II) sulfide, thiosulfuric acid. It is preferable to include at least one selected from the group consisting of sodium, ascorbic acid, tin (II) chloride, diisobutylaluminum hydride, formic acid, sodium borohydride, and sulfite. Thereby, the dispersion stability of copper oxide is improved and the resistance of the conductive film is lowered.
  • the reducing agent is particularly preferably hydrazine or hydrazine hydrate.
  • hydrazine or hydrazine hydrate as the reducing agent for the dispersion, the dispersion stability of the copper oxide is further improved, contributing to the reduction of the copper oxide in the firing, and the resistance of the conductive film is further reduced. Further, the drying speed of the dispersion can be controlled in reverse printing.
  • a copper wire having a line width of high definition for example, 0.1 to 5 ⁇ m
  • a copper wire having a line width of 5 ⁇ m or less is invisible to human eyes, and thus is suitable as a transparent conductive film. .
  • the copper oxide is preferably cuprous oxide.
  • a dispersion medium is further included, and the dispersion medium is composed of terpineol, ⁇ -butyrolactone, cyclohexanone, ethanol, propylene glycol, butanol, propanol, ethylene glycol monoethyl ether acetate, and tetralin. It is preferably at least one selected from the group consisting of These dispersion media may have a reducing action, but function as a dispersion medium when the above-described reducing agent is included in the dispersion.
  • a dispersion medium is further included and two or more kinds of dispersion media are included.
  • the structure with a conductive pattern includes a substrate and a conductive pattern formed on the surface of the substrate.
  • the conductive pattern is a wiring having a line width of 1 ⁇ m or more and 1000 ⁇ m or less, and includes reduced copper, phosphorus, and voids. It is characterized by including. With this configuration, it is possible to form a wiring having a good shape on a substrate having a desired shape as will be described later.
  • the structure with a conductive pattern includes a substrate and a conductive pattern formed on the surface of the substrate, the conductive pattern is a wiring having a line width of 1 ⁇ m or more and 1000 ⁇ m or less, and the wiring is reduced copper, copper and It contains tin.
  • the structure with a conductive pattern includes a substrate, a cuprous oxide-containing layer formed on the surface of the substrate, and a conductive layer formed on the surface of the cuprous oxide-containing layer.
  • the conductive layer is a wiring having a line width of 1 ⁇ m or more and 1000 ⁇ m or less, and the wiring contains reduced copper.
  • the structure with a conductive pattern includes a substrate, a cuprous oxide-containing layer formed on the surface of the substrate, and a conductive layer formed on the surface of the cuprous oxide-containing layer.
  • the conductive layer is a wiring having a line width of 1 ⁇ m or more and 1000 ⁇ m or less, and the wiring contains reduced copper, copper and tin.
  • the cuprous oxide-containing layer is a layer having a copper / oxygen ratio Cu / O of 0.5 or more and 3.0 or less.
  • the wiring can be used as an antenna. With this configuration, a well-shaped antenna can be formed.
  • a solder layer is formed on a part of the surface of the conductive layer or the conductive pattern. Since the conductive pattern is formed by firing the copper oxide of the dispersion, the organic binder is decomposed in the firing step. For this reason, in the conductive pattern, the wettability of the solder is high, and the solder layer can be easily formed. Therefore, compared with the conductive pattern formed without using the above dispersion, the electrons in the conductive pattern It is easy to solder parts.
  • the structure with a conductive pattern includes a substrate and a conductive pattern formed on the surface of the substrate, and the conductive pattern is a wiring having a line width of 1 ⁇ m or more and 1000 ⁇ m or less, reduced copper, copper oxide And phosphorus, and a resin is disposed so as to cover the wiring.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the structure with a conductive pattern according to the present embodiment.
  • the structure with a conductive pattern in FIG. 2A can be obtained.
  • the structure with a conductive pattern in FIG. 2B can be obtained.
  • the conductive pattern-attached structure 10 includes a substrate 11, an insulating region 12 containing copper oxide and a phosphorus-containing organic substance, and copper oxide fired on a surface formed by the substrate 11.
  • positioned adjacent to each other may be comprised.
  • the conductive pattern region 13 contains a phosphorus element derived from a phosphorus-containing organic material as a dispersant. Since the conductive pattern region 13 is formed by firing the copper oxide ink as the dispersion, the organic binder contained in the dispersion is decomposed in the firing step, and in the resulting conductive pattern region 13, the solder Increases wettability. Therefore, a solder layer to be described later can be easily formed on the surface of the conductive pattern region 13 as compared with a conductive pattern formed without using a dispersion, and electronic components can be easily soldered.
  • the conductive pattern-equipped structure 10 may include a substrate 11 and a conductive pattern region 13 containing reduced copper on a surface formed by the substrate 11 in a cross-sectional view. Good.
  • the conductive pattern region 13 contains phosphorus element.
  • the organic binder contained in the dispersion is effectively decomposed in the step of firing the dispersion, so that the wettability of the solder is effectively increased in the conductive pattern region 13. Therefore, a solder layer can be more easily formed on the surface of the conductive pattern region 13.
  • the conductive pattern region 13 may partially contain, for example, cuprous oxide as copper oxide particles that have not been reduced in the firing step.
  • the conductive pattern region 13 may contain copper obtained by firing the copper particles of the dispersion according to the second and third embodiments, or may contain tin.
  • the insulating region 12 and the conductive pattern region 13 may contain voids. Since there are voids (empty walls) in the conductive pattern region 13, solder enters the conductive pattern region 13 and adhesion between the conductive pattern region 13 and the solder layer is improved. Incidentally, solder is a metal containing tin.
  • the surface layer 14 does not mean that the whole is homogeneous, and is different in electrical conductivity, particle state (fired and unfired), etc. as in the relationship between the insulating region 12 and the conductive pattern region 13. There may be, and a boundary (interface) may exist between the two.
  • the surface of the substrate 11 is not reduced in the firing step, and, for example, cuprous oxide as a copper oxide particle is included.
  • a copper-containing layer 17 may be formed.
  • a conductive layer 18 containing reduced copper obtained by reducing copper oxide particles is formed.
  • the layer thickness of the cuprous oxide-containing layer 17 is preferably 0.005 ⁇ m or more and 8 ⁇ m or less, more preferably 0.05 ⁇ m or more and 5 ⁇ m or less, from the viewpoint of adhesion between the substrate 11 and the conductive layer 18. 1 ⁇ m or more and 3 ⁇ m or less are even more preferable, and 0.2 ⁇ m or more and 1 ⁇ m or less are particularly preferable.
  • the conductive layer 18 includes copper obtained by firing the copper particles of the dispersions of the second and third embodiments together with reduced copper (Cu) obtained by reducing the copper oxide particles.
  • Cu P may be included.
  • the conductive layer 18 may contain voids. Since the conductive layer 18 has voids, tin (Sn) contained in the solder enters the voids. Thereby, the adhesiveness between the conductive layer 18 and the solder layer is improved. Further, the presence of reduced copper (Cu) around copper (Cu P ) further increases the adhesion between the conductive layer 18 and tin (Sn).
  • the particle diameter of reduced copper (Cu) at this time is preferably 5 to 20 nm.
  • the grain size of copper contained in the conductive pattern region 13 and the conductive layer 18 is preferably 0.1 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less, more preferably 0.5 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less, and 1.0 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less. Particularly preferred.
  • the grain size refers to the size of the metal after firing.
  • the surface roughness of the surfaces of the conductive pattern region 13 and the conductive layer 18 is preferably 500 nm or more and 4000 nm or less, more preferably 750 nm or more and 3000 nm or less, and more preferably 1000 nm or more and 2000 nm or less. Is more preferable. As a result, the solder layer is easily applied to the conductive pattern region 13 and the conductive layer 18, and adhesion between the conductive pattern region 13 and the conductive layer 18 and the solder layer is increased.
  • the line width of the conductive pattern region 13 or the conductive layer 18 is more preferably 0.5 ⁇ m or more and 10,000 ⁇ m or less, preferably 1 ⁇ m or more, It is more preferably 1000 ⁇ m or less, even more preferably 1 ⁇ m or more and 500 ⁇ m or less, still more preferably 1 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less, and particularly preferably 1 ⁇ m or more and 5 ⁇ m or less.
  • the line width is 5 ⁇ m or less, the conductive pattern region 13 or the conductive layer 18 as a wiring cannot be visually recognized, which is preferable from the viewpoint of design.
  • the conductive pattern may be formed in a mesh shape.
  • the mesh shape is a grid-like wiring, which is preferable because it has high transmittance and becomes transparent.
  • the substrate used in the present embodiment has a surface on which a coating film is formed, and may have a plate shape or a three-dimensional object.
  • a conductive pattern can also be formed on a surface including a curved surface or a step formed by a three-dimensional object.
  • substrate in this Embodiment means the board
  • a light transmissive resin layer (not shown) may be provided so as to cover the surface layer 14 or the conductive pattern region 13.
  • the resin layer can prevent the coating film from coming into contact with oxygen during light irradiation and promote the reduction of copper oxide in the manufacturing method of the structure with conductive pattern 10 described later. This eliminates the need for a facility for making an oxygen-free or low-oxygen atmosphere around the coating film during light irradiation, for example, a vacuum atmosphere or an inert gas atmosphere, thereby reducing manufacturing costs.
  • the resin layer can prevent the conductive pattern region 13 from being peeled off or scattered by the heat of light irradiation or the like. Thereby, the structure 10 with an electroconductive pattern can be manufactured with a sufficient yield.
  • the manufacturing method of the structure with a conductive pattern includes a step of applying the above dispersion on a substrate to form a coating film, and a step of irradiating the coating film with laser light to form a conductive pattern on the substrate. It is characterized by comprising. By performing firing by laser irradiation, firing of the copper particles of the dispersion and formation of the conductive pattern can be performed at a time.
  • the manufacturing method of the structure with a conductive pattern is a method in which the above dispersion is applied on a substrate in a desired pattern to form a coating film, and the coating film is baked to conduct conductivity on the substrate. And a step of forming a pattern.
  • the firing treatment is preferably performed by generating plasma in an atmosphere containing a reducing gas. Moreover, it is preferable to perform a baking process by the light irradiation method. Moreover, it is preferable to perform a baking process by heating a coating film with the heat
  • the method for forming a conductive film according to the present embodiment reduces the copper oxide in the coating film to produce copper, and fuses itself with the copper particles added to the copper oxide ink as a dispersion.
  • the conductive film (copper film) is formed by integration. This process is called firing. Therefore, there is no particular limitation as long as it is a method capable of forming a conductive film by reduction and fusion of copper oxide and integration with copper particles. Firing in the method for forming a conductive film in this embodiment may be performed, for example, in a baking furnace, or may be performed using plasma, infrared light, flash lamp, laser, or the like alone or in combination. After firing, a solder layer described later can be formed on a part of the conductive film.
  • FIG. 3 is an explanatory view showing each step when laser irradiation is used for firing in the manufacturing method of the structure with a conductive pattern according to the present embodiment.
  • copper acetate is dissolved in a mixed solvent of water and propylene glycol (PG), and hydrazine is added and stirred.
  • PG propylene glycol
  • dispersion I is applied onto a substrate made of, for example, PET (described as “PET” in FIG. 3 (h)) by spray coating, and contains copper oxide and phosphorus.
  • PET described as “PET” in FIG. 3 (h)
  • An application layer (coating film) containing an organic substance (described as “Cu 2 O” in FIG. 3H) is formed.
  • FIG. 3 (i) for example, laser irradiation is performed on the coating layer, and a part of the coating layer is selectively baked, and copper oxide is converted into copper (“Cu” in FIG. 3 (i)). Reduced).
  • FIG. 3J an insulating region containing copper oxide and a phosphorus-containing organic substance (described as “A” in FIG. 3J) and a conductive film containing copper and phosphorus elements on the substrate.
  • a structure with a conductive pattern is obtained in which a (conductive pattern) region (indicated as “B” in FIG. 3J) and a surface layer arranged adjacent to each other are formed.
  • the conductive pattern region can be used as wiring.
  • the conductive pattern region may contain, for example, cuprous oxide as copper oxide particles that have not been reduced in the firing step.
  • the insulating region and the conductive pattern region may contain copper obtained by firing the copper particles of the dispersion according to the second and third embodiments, or may contain tin.
  • voids may be included in the insulating region and the conductive pattern region. Since there is a void in the conductive pattern region, solder enters the conductive pattern region, and adhesion between the conductive pattern region and the solder layer is improved.
  • the surface layer does not mean that the whole is homogeneous, and there is a difference in electrical conductivity, particle state (firing and non-firing), etc., as in the relationship between the insulating region and the conductive pattern region.
  • a boundary may exist between the two. It is preferable that an unreduced copper oxide layer is formed between the substrate and the surface layer, thereby improving the adhesion between the substrate and the surface layer.
  • the copper particles of the dispersion can be fired and the conductive pattern region can be formed at once.
  • the organic binder contained in a dispersion is decomposed
  • FIG. 4 is an explanatory view showing each step when plasma is used for firing in the method for manufacturing the structure with a conductive pattern according to the present embodiment. Steps (a) to (f) in FIG. 4 are the same as those in FIG.
  • the dispersion I is printed in a desired pattern, for example, by inkjet printing on a PET substrate, for example, and a coating layer containing copper oxide and a phosphorus-containing organic substance (FIG. 3). (Denoted as “Cu 2 O” in (k)).
  • FIG. 4 (k) for example, plasma irradiation is performed on the coating layer, the coating layer is baked, and the copper oxide is reduced to copper.
  • FIG. 4L a conductive substrate is obtained in which a conductive pattern region containing copper and phosphorus elements (described as “B” in FIG. 4L) is formed on the substrate. .
  • the copper particles of the dispersion printed in a desired pattern by ink jet printing or the like can be fired.
  • the organic binder contained in the dispersion is effectively decomposed, the wettability of the solder is effectively increased in the obtained conductive pattern.
  • the formation of a desired pattern is preferably performed by applying the dispersion by an aerosol method, and applying the dispersion by screen printing.
  • the dispersions according to the first to third embodiments are suitable for screen printing because of their viscosity and flow characteristics suitable for screen printing.
  • a coating film is formed on a transfer body, and then transferred from the transfer body to the substrate to form the coating film on the substrate.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining a method of forming a coating film using the transfer body according to the present embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining another example of a method for forming a coating film using the transfer body according to the present embodiment.
  • the dispersion 31 is transferred to the transfer body 30 in a desired pattern.
  • a columnar substrate 40 (circular shape in cross section) is placed on the surface of the transfer body 30 onto which the dispersion 31 is transferred, and then the pressing plate 50 is placed on the substrate 40.
  • the substrate 40 is rotated on the transfer body 30 while the substrate 40 is pressed against the transfer body 30 by the pressing plate 50. Thereby, the dispersion 31 of the transfer body 30 is transferred to the substrate 40.
  • the transfer body 30 and the substrate 40 are in line contact. For this reason, fine printing is possible not only when the printing surface of the substrate 40 is a flat surface but also when the printing surface is a curved surface or when the printing surface is uneven.
  • the dispersion 31 is transferred to the transfer body 30 in a desired pattern. Then, while the transfer body 30 is pressed against the substrate 40, the transfer body 30 is moved in the printing direction relative to the substrate 40, whereby the dispersion 31 of the transfer body 30 is transferred to the substrate as shown in FIG. 6B. 40 may be transferred.
  • the transfer body 30 may have a plate shape as shown in FIG. 5, or may have a curved surface as shown in FIG. As described above, since the dispersion 31 is transferred from the transfer body 30 to the substrate 40 with a predetermined pressing force, even when the printing surface of the substrate 40 is curved, good printing is possible. .
  • the formation of a desired pattern in the manufacturing method of the structure with a conductive pattern is performed by applying the dispersion to the transfer body, bringing the convex portions into contact with the transfer body, removing unnecessary dispersion,
  • the method includes a step of forming a desired pattern on the surface and a step of transferring the desired pattern to the substrate by bringing the substrate into contact with the surface of the transfer body.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining a method of forming a pattern on the transfer body according to the present embodiment.
  • the portion of the dispersion in contact with the convex portion 60 is changed to the surface of the transfer body 30. Remove from. Thereby, a desired pattern of the dispersion 31 is formed on the surface of the transfer body 30. Then, by bringing the transfer body 30 on which the desired pattern is formed into contact with the substrate 40, the desired pattern can be transferred to the substrate 40 (see FIGS. 3 and 4B).
  • the method for applying the dispersion 31 to the surface of the transfer body 30 is not particularly limited as long as the dispersion 31 can be uniformly applied to the surface of the transfer body 30.
  • the conductive pattern in the structure with a conductive pattern is an antenna.
  • the conductive pattern may be formed in a mesh shape.
  • the conductive pattern preferably has a line width of 1 ⁇ m or more and 1000 ⁇ m or less.
  • the method for producing a structure with a conductive pattern preferably further includes a step of forming a solder layer on a part of the surface of the conductive pattern. Since the organic binder contained in the coating film is decomposed in the copper baking step, the wettability of the solder is increased on the surface of the obtained conductive pattern, and the solder layer can be easily formed.
  • solder an electronic component on the conductive pattern through a solder layer by a reflow method.
  • a material having low heat resistance can be obtained by performing a baking process by a plasma baking method or a light irradiation method for generating plasma in an atmosphere containing a reducing gas. Can be used.
  • the baking treatment by performing the baking treatment, not only the reduction of the copper oxide and the baking of the copper particles, but also the organic substances contained in the dispersion are decomposed, so that the resistivity is increased.
  • organic substances and oxide films can be removed from the surface of the conductive film to improve solderability.
  • the firing treatment decomposes organic components such as a dispersion medium that deteriorates the solderability, so that the wettability of the solder with respect to the conductive film is increased and the soldering is facilitated. Therefore, the structure with a conductive pattern provided with the conductive film having excellent solderability can be obtained.
  • a baking treatment that generates plasma in an atmosphere containing a reducing gas is particularly preferable.
  • FIG. 8 is a schematic view showing the relationship between copper oxide and phosphate ester salt according to the present embodiment.
  • a phosphate ester salt 3 which is an example of a phosphorus-containing organic substance, is used as a dispersant.
  • the ester salt 3b is surrounded outwardly. Since the phosphate ester salt 3 exhibits electrical insulation, electrical conduction between the adjacent copper oxides 2 is hindered. Further, the phosphate ester salt 3 suppresses the aggregation of the dispersion 1 due to the steric hindrance effect.
  • the copper oxide 2 is a semiconductor and is conductive, it is covered with the phosphate ester salt 3 that exhibits electrical insulation, so that the dispersion 1 exhibits electrical insulation and is shown in cross-section (shown in FIG. 2). In a cross section along the vertical direction), insulation between conductive pattern regions (described later) adjacent to both sides of the dispersion 1 can be ensured.
  • the conductive pattern region a part of the coating film containing copper oxide and phosphorus-containing organic substance is irradiated with light, and the copper oxide is reduced to copper in the part of the region. Copper in which copper oxide is thus reduced is referred to as reduced copper. Further, in the partial region, the phosphorus-containing organic substance is modified into a phosphorus oxide. In the phosphor oxide, an organic substance such as the above-described ester salt 3b is decomposed by heat of a laser or the like and does not exhibit electrical insulation.
  • conductive pattern region a region having excellent electrical conductivity
  • phosphorus element In the conductive pattern region, phosphorus element remains in the reduced copper.
  • the phosphorus element exists as at least one of a phosphorus element simple substance, a phosphorus oxide, and a phosphorus-containing organic substance.
  • the remaining phosphorus element is segregated in the conductive pattern region, and there is no fear that the resistance of the conductive pattern region will increase.
  • copper oxide is used as one of the metal oxide components.
  • cuprous oxide Cu 2 O
  • the dispersion according to the present embodiment includes copper oxide particles having an average secondary particle diameter of 1 nm to 500 nm.
  • the average secondary particle diameter of copper oxide is not particularly limited, but is preferably 500 nm or less, more preferably 200 nm or less, and still more preferably 80 nm or less.
  • the average secondary particle diameter of copper oxide is preferably 1 nm or more, more preferably 5 nm or more, still more preferably 10 nm or more, and particularly preferably 15 nm or more.
  • the average secondary particle diameter is an average particle diameter of an aggregate (secondary particle) formed by collecting a plurality of primary particles.
  • the average secondary particle diameter is 500 nm or less because a fine pattern tends to be easily formed on the substrate.
  • An average secondary particle diameter of 1 nm or more is preferable because the long-term storage stability of the copper oxide ink as a dispersion is improved.
  • the average secondary particle diameter of copper oxide can be measured by the cumulant method using, for example, FPAR-1000 manufactured by Otsuka Electronics.
  • the preferable range of the average primary particle diameter of the copper oxide is that the metal is obtained by reduction treatment, and from the viewpoint of electrical properties, the firing conditions are further changed to the substrate in consideration of the use of the resin substrate. From the viewpoint of reducing the damage given, it is necessary to lower the temperature. For this reason, a preferable average primary particle diameter is 100 nm or less, More preferably, it is 50 nm or less, More preferably, it is 20 nm or less. When the average primary particle diameter is 100 nm or less, the input energy can be reduced so as not to damage the substrate in the baking treatment described later.
  • the lower limit of the average primary particle diameter of cuprous oxide is not particularly limited, but is preferably 1 nm or more, and more preferably 5 nm or more from the viewpoint of ease of handling. Thereby, since the particle diameter is too small, it is possible to suppress an increase in the amount of the dispersant used in order to maintain dispersion stability.
  • the average primary particle diameter can be measured with a transmission electron microscope or a scanning electron microscope.
  • the average primary particle diameter can be measured by, for example, a transmission electron microscope or a scanning electron microscope.
  • the copper oxide in the dispersion is easily reduced to a metal by plasma treatment, heat treatment at 100 ° C. or higher, and light treatment, and when this is sintered, conductivity is obtained, but the binder is further added to the added copper particles. This contributes to lower resistance and improved strength.
  • the average particle size of the cuprous oxide particles does not affect the crack prevention effect by the copper particles having a wire shape, a dendritic shape, and a scale shape, which will be described later.
  • cuprous oxide a commercially available product may be used, or it may be synthesized and used.
  • a commercially available product there is one having an average primary particle size of 5 to 50 nm manufactured by Rare Metals Laboratory.
  • the synthesis method include the following methods. (1) Water and a copper acetylacetonate complex are added to a polyol solvent, and the organic copper compound is once heated and dissolved, then water necessary for the reaction is added afterwards, and the temperature is further raised to reduce the organic copper temperature. The method of heat reduction which heats with. (2) A method in which an organic copper compound (copper-N-nitrosophenylhydroxyamine complex) is heated at a high temperature of about 300 ° C.
  • the obtained cuprous oxide is a soft agglomerate
  • a copper oxide dispersion dispersed in a dispersion medium is prepared and used for printing and coating.
  • the synthesis solution and cuprous oxide are separated, and a known method such as centrifugation may be used.
  • the obtained cuprous oxide is added with a dispersant and a dispersion medium described later, and stirred and dispersed by a known method such as a homogenizer.
  • a known method such as a homogenizer.
  • the desired dispersion medium is obtained after dispersing using a dispersion medium such as alcohols that are easy to disperse, for example, butanol. Perform substitution and concentration to the desired concentration.
  • a dispersion medium such as alcohols that are easy to disperse, for example, butanol
  • the desired dispersion medium is obtained after dispersing using a dispersion medium such as alcohols that are easy to disperse, for example, butanol.
  • the desired dispersion medium is obtained after dispersing using a dispersion medium such as alcohols that are easy to disperse, for example, butanol.
  • the desired dispersion medium is obtained after dispersing using a dispersion medium such as alcohols that are easy to disperse, for example, butanol.
  • the desired dispersion medium is obtained after dispersing using a dispersion medium such as alcohols that are easy to disperse, for example, butanol.
  • the desired dispersion medium is obtained after dispersing using
  • the dispersion according to the second embodiment includes copper particles having a particle diameter of 0.1 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • the dispersion according to the third embodiment includes at least one copper particle having a shape extending in one direction, a dendritic shape, or a flat shape.
  • the use of copper particles in the dispersion is the same metal as metallic copper obtained by reduction from cuprous oxide, so that copper erosion and formation of intermetallic compounds are not a problem, and The reason is that the electric conductivity of the finally obtained conductive pattern is good and the mechanical strength is sufficient.
  • the average particle diameter of particles having a shape extending in one direction and particles having a dendritic shape is an average particle diameter (median diameter, mass measured using a particle size distribution measuring apparatus using a laser diffraction scattering method). Reference, D50).
  • the average primary particle diameter of the particles having a flat shape is the diameter of the circle when the main surface is regarded as a circle having the same area.
  • the particle diameter of the copper particles may be determined according to the shape and size of the pattern within the scope of the present embodiment, for example, according to the thickness and pitch when the pattern is constituted by lines.
  • the particle diameter of the copper particles may be determined in consideration of the coating film forming method, that is, the printing method or the coating method.
  • the surface of the copper particles is covered with a copper oxide (cuprous oxide or cupric oxide), a dissimilar metal such as silver or silver oxide, or an oxide thereof. What was used may be used, and even if these are used, the effect which suppresses crack generation is fully exhibited. That is, even if the surfaces of the copper particles are covered with copper oxide, silver oxide, or the like, the conductivity of the conductive film can be maintained because it is easily reduced during firing.
  • a copper oxide cuprous oxide or cupric oxide
  • a dissimilar metal such as silver or silver oxide, or an oxide thereof.
  • copper particles according to the present embodiment commercially available ones may be used or synthesized.
  • electrolytic copper powder EAZ-2T manufactured by Mitsui Kinzoku Mining Co., Ltd. as copper particles having a shape elongated in one direction
  • electrolytic copper powder EAX-2 manufactured by Mitsui Mining Co., Ltd. as dendritic copper particles
  • Examples of the copper particles having a simple shape include 1400YP manufactured by Mitsui Metal Mining Co., Ltd.
  • the mass ratio of the copper particles to the mass of the copper oxide particles is preferably 0.5 or more and 10 or less. 1.0 to 7.0, more preferably 1.5 to 6.0, and particularly preferably 2.0 to 5.0. If the copper particle mass ratio is within this range, since cuprous oxide is abundant, the copper particles obtained by reduction are sufficiently bonded to each other, so the mechanical strength of the conductive film after firing is high. Become. Moreover, the crack suppression effect by the copper particle obtained by reduce
  • the copper particle mass ratio is determined by the total with the copper particles, and when the dispersion contains other metal oxide particles, the total with the copper oxide.
  • the dispersant As a dispersing agent, phosphorus containing organic substance is mentioned, for example.
  • the phosphorus-containing organic substance may be adsorbed on copper oxide, and in this case, aggregation is suppressed by a steric hindrance effect.
  • the phosphorus-containing organic material is a material that exhibits electrical insulation in the insulating region.
  • the phosphorus-containing organic substance may be a single molecule or a mixture of a plurality of types of molecules.
  • the acid value of the dispersant is preferably 20 or more and 130 or less. Thereby, the dispersion stability of the dispersion is effectively improved by limiting the range of the acid value of the dispersant.
  • the mass ratio of the organic compound to the mass of the copper oxide particles is preferably 0.0050 or more and 0.30 or less.
  • the number average molecular weight of the dispersant is not particularly limited, but is preferably 300 or more, more preferably 500 or more, and still more preferably 1000 or more.
  • the number average molecular weight of a dispersing agent does not have a restriction
  • the structure is preferably a phosphate ester of a high molecular weight copolymer having a group having an affinity for copper oxide.
  • the structure of the chemical formula (1) is preferable because it adsorbs to copper oxide, particularly cuprous oxide, and is excellent in adhesion to the substrate.
  • the phosphorus-containing organic substance is easily decomposed or evaporated by light or heat.
  • a residue of the organic substance hardly remains after baking, and a conductive pattern region having a low resistivity can be obtained.
  • the decomposition temperature of the phosphorus-containing organic substance is not limited, but is preferably 600 ° C. or lower, more preferably 400 ° C. or lower, and further preferably 200 ° C. or lower.
  • the boiling point of the phosphorus-containing organic material is not limited, but is preferably 300 ° C. or lower, more preferably 200 ° C. or lower, and further preferably 150 ° C. or lower.
  • the absorption characteristics of the phosphorus-containing organic material are not limited, it is preferable that light used for firing can be absorbed.
  • a phosphorus-containing organic substance that absorbs light having a light emission wavelength of, for example, 355 nm, 405 nm, 445 nm, 450 nm, 532 nm, or 1056 nm.
  • the substrate is a resin, the wavelengths of 355 nm, 405 nm, 445 nm, and 450 nm are particularly preferable.
  • a salt of a long-chain polyaminoamide and a polar acid ester an unsaturated polycarboxylic acid polyaminoamide, a polycarboxylate of polyaminoamide, a long-chain polyaminoamide and an acid polymer.
  • examples thereof include a polymer having a basic group such as a salt.
  • acrylic polymers, acrylic copolymers, modified polyester acids, polyether ester acids, polyether carboxylic acids, polymer alkyl ammonium salts such as polycarboxylic acids, amine salts, amidoamine salts and the like can be mentioned.
  • a commercially available one can be used.
  • Examples of the commercially available products include DISPERBYK (registered trademark) -101, DISPERBYK-102, DISPERBYK-110, DISPERBYK-111, DISPERBYK-112, DISPERBYK-118, DISPERBYK-130, DISPERBYK-140, DISPERBYK-142, DISPERB 145, DISPERBYK-160, DISPERBYK-161, DISPERBYK-162, DISPERBYK-163, DISPERBYK-2155, DISPERBYK-2163, DISPERBYK-2164, DISPERBYK-180, DISPERBYK-2000, DISPERBYK-ER20 4, BYK-9076, BYK-9077, TERRA-204, TERRA-U (manufactured by Big Chemie), Floren DOPA-15B, Floren DOPA-15BHFS, Floren DOPA-22, Floren DOPA-33,
  • the required amount of dispersant is proportional to the amount of copper oxide and is adjusted in consideration of the required dispersion stability.
  • the mass ratio (dispersant mass / copper oxide mass) of the dispersant contained in the dispersion of the present embodiment is 0.0050 or more and 0.30 or less, preferably 0.050 or more and 0.25 or less. Preferably they are 0.10 or more and 0.23 or less.
  • the amount of the dispersant affects the dispersion stability. When the amount is small, the dispersion tends to aggregate, and when the amount is large, the dispersion stability tends to be improved. However, when the content rate of the dispersing agent in the dispersion of this embodiment is 35% by mass or less, the influence of the residue derived from the dispersing agent can be suppressed in the conductive film obtained by firing, and the conductivity can be improved.
  • the acid value (mgKOH / g) of the dispersant is preferably 20 or more and 130 or less. More preferably, it is 30 or more and 100 or less. It is preferable to enter this range because of excellent dispersion stability. This is particularly effective in the case of copper oxide having a small average particle size.
  • DISPERBYK-102 (acid value 101), “DISPERBYK-140” (acid value 73), “DISPERBYK-142” (acid value 46), “DISPERBYK-145” (acid value) manufactured by BYK-Chemie 76), “DISPERBYK-118” (acid number 36), “DISPERBYK-180 (acid number 94)” and the like.
  • the difference between the amine value (mgKOH / g) and the acid value (amine value-acid value) of the dispersant is preferably ⁇ 50 or more and 0 or less.
  • the amine value indicates the total amount of free base and base
  • the acid value indicates the total amount of free fatty acid and fatty acid.
  • the amine value and acid value are measured by a method based on JIS K 7700 or ASTM D2074. It is preferable if it is -50 or more and 0 or less because the dispersion stability is excellent. More preferably, it is ⁇ 40 or more and 0 or less, and further preferably ⁇ 20 or more and 0 or less.
  • the reducing agent As reducing agents, hydrazine, hydrazine hydrate, sodium, carbon, potassium iodide, oxalic acid, iron (II) sulfide, sodium thiosulfate, ascorbic acid, tin (II) chloride, diisobutylaluminum hydride, formic acid, hydrogen Examples thereof include sodium borohydride and sulfite.
  • the reducing agent is most preferably hydrazine or hydrazine hydrate from the viewpoint of contributing to reduction of copper oxide, particularly cuprous oxide, and capable of producing a copper film having lower resistance. Further, by using hydrazine or hydrazine hydrate, the dispersion stability of the dispersion can be maintained, and the resistance of the copper film can be lowered.
  • the required amount of reducing agent is proportional to the amount of copper oxide and is adjusted in consideration of the required reducing properties.
  • the mass ratio (reducing agent mass / copper oxide mass) of the reducing agent contained in the dispersion of the present embodiment is preferably 0.0001 or more and 0.10 or less, more preferably 0.0001 or more and 0.05 or less, and further Preferably it is 0.0001 or more and 0.03 or less.
  • the mass ratio of the reducing agent is 0.0001 or more, the dispersion stability is improved and the resistance of the copper film is lowered. On the other hand, when it is 0.10 or less, the long-term stability of the dispersion is improved.
  • the dispersion of the present embodiment may contain a dispersion medium (solvent) in addition to the above-described constituent components.
  • the dispersion medium used in the dispersion according to the first to third embodiments is selected from the group consisting of terpineol, ⁇ -butyrolactone, cyclohexanone, ethanol, propylene glycol, butanol, propanol, ethylene glycol monoethyl ether acetate and tetralin. It is preferable that it is at least one kind. It is more preferable that two or more of these dispersion media are included.
  • These dispersion media have an effect of improving printing continuity because of their high boiling point.
  • These dispersion media may have a reducing action, but function as a dispersion medium when the above-described reducing agent is included in the dispersion.
  • the dispersion medium used in the first to third embodiments is selected from those capable of dissolving the dispersant from the viewpoint of dispersion.
  • the volatility of the dispersion medium affects workability, and is therefore suitable for a conductive pattern forming method, for example, a printing or coating method.
  • the dispersion medium can be selected from the following solvents according to the dispersibility and the workability of printing and coating.
  • dispersion medium examples include the following solvents.
  • alcohol, glycol, glycol ether, glycol ester solvents can be used as the dispersion medium. These may be used singly or may be used in combination, and are selected in consideration of the evaporation property, the printing equipment, and the solvent resistance of the substrate to be printed according to the printing method.
  • a monoalcohol having 10 or less carbon atoms is more preferable, and further 8 or less carbon atoms are more preferable.
  • monoalcohols having 8 or less carbon atoms ethanol, n-propanol, i-propanol, n-butanol, i-butanol, sec-butanol, and t-butanol are more preferable because dispersibility, volatility, and viscosity are particularly suitable. .
  • These monoalcohols may be used alone or in combination.
  • the monoalcohol preferably has 8 or less carbon atoms in order to disperse more stably by interaction with the dispersant. Further, when the number of carbon atoms is selected to be 8 or less, the resistance value is preferably lowered.
  • the boiling point affects the workability of the solvent. If the boiling point is too low, volatilization is fast, and workability deteriorates due to an increase in defects due to precipitation of solids and an increase in the frequency of cleaning. For this reason, the boiling point is 40 ° C. or higher for the coating and dispenser methods, 120 ° C. or higher for the ink jet method, screen method, and offset method, more preferably 150 ° C. or higher, and even more preferably 200 ° C. or higher. In view of the above, 300 ° C. or lower is preferable.
  • a dispersion containing cuprous oxide and copper particles that is, a dispersion is prepared by mixing copper fine particles and, if necessary, a dispersion medium in the above-described copper oxide dispersion at a predetermined ratio, for example, a mixer method, ultrasonic wave It can be adjusted by a dispersion treatment using a method, a three-roll method, a two-roll method, an attritor, a homogenizer, a Banbury mixer, a paint shaker, a kneader, a ball mill, a sand mill, a self-revolving mixer, or the like.
  • Part of the dispersion medium is already contained in the copper oxide dispersion that has already been prepared. If the amount contained in the copper oxide dispersion is sufficient, there is no need to add it in this step, and the viscosity must be reduced. In this case, it may be added in this step as necessary. Or you may add after this process.
  • the dispersion medium may be the same as or different from that added when the copper oxide dispersion is prepared.
  • an organic binder, an antioxidant, a reducing agent, metal particles, and a metal oxide may be added as necessary, and a metal, a metal oxide, a metal salt, and a metal complex may be included as impurities.
  • wire-like, dendritic, and scaly copper particles have a large crack-preventing effect, they may be added singly or in combination with a plurality of copper particles such as spherical, dice, polyhedron, and other metals, and the surface is oxidized. You may coat
  • metal particles other than copper having a wire shape, a dendritic shape, or a scale shape
  • metal particles other than copper include gold, silver, tin, zinc, nickel, platinum, bismuth, indium, and antimony.
  • cuprous oxide can be used by replacing or adding silver oxide, cupric oxide or the like.
  • metal particles it is necessary to consider migration, particle strength, resistance, copper erosion, formation of intermetallic compounds, cost, and the like.
  • the addition of these metal particles and metal oxide particles can be used for adjusting the sintering of the conductive film, the resistance, the conductor strength, the absorbance at the time of light baking, and the like. Even if these metal particles and metal oxide particles are added, cracks are sufficiently suppressed due to the presence of wire-like, dendritic and scaly copper particles.
  • These metal particles and metal oxide particles may be used alone or in combination of two or more, and there is no limitation on the shape. For example, silver and silver oxide are expected to have effects such as a decrease in resistance and a decrease in firing temperature.
  • silver is a noble metal and is expensive, and the addition amount of silver is preferably in a range not exceeding the wire-like, dendritic, and scaly copper particles from the viewpoint of preventing cracks.
  • tin has an advantage that it is inexpensive and easy to sinter because of its low melting point.
  • the resistance tends to increase, and from the viewpoint of preventing cracks, the addition amount of tin is preferably in a range not exceeding the wire-like, dendritic, scaly copper particles and cuprous oxide.
  • Cupric oxide works as a light absorber and heat ray absorber in a method using light and infrared rays such as a flash lamp and a laser.
  • cupric oxide is more difficult to reduce than cuprous oxide, and the amount of cupric oxide added is less than cuprous oxide from the viewpoint of preventing peeling from the substrate due to the large amount of gas generation during reduction. Is preferred.
  • metals other than copper, copper particles other than wire, dendritic, and scaly, and metal oxides other than copper oxide are less than wire-like, dendritic, and flaky copper particles and copper oxide. Is preferred.
  • the addition ratio of metal other than copper, copper particles other than copper, dendritic and scaly, and metal oxides other than copper oxide to the copper, dendritic, and flaky copper particles and copper oxide is 50% or less. More preferably, it is 30% or less, and more preferably 10% or less.
  • the manufacturing method of the structure with a conductive pattern according to this embodiment includes a step of applying a dispersion according to this embodiment on a substrate to form a coating film, irradiating the coating film with laser light, and a substrate. Forming a conductive pattern thereon.
  • the manufacturing method of the structure with a conductive pattern which concerns on this Embodiment apply
  • the coating liquid can be directly formed on the substrate in a desired pattern, productivity can be improved as compared with a technique using a conventional photoresist.
  • a coating method using copper oxide ink as a dispersion will be described.
  • the coating method is not particularly limited, and a printing method such as aerosol method, screen printing, intaglio direct printing, intaglio offset printing, flexographic printing, offset printing, or a dispenser drawing method can be used.
  • a printing method such as aerosol method, screen printing, intaglio direct printing, intaglio offset printing, flexographic printing, offset printing, or a dispenser drawing method can be used.
  • methods such as die coating, spin coating, slit coating, bar coating, knife coating, spray coating, and dip coating can be used.
  • substrate used by this Embodiment has the surface which forms a coating film, Comprising: It may have plate shape and a solid thing may be sufficient as it.
  • substrate in this Embodiment means the board
  • a housing of an electric device such as a mobile phone terminal, a smart phone, a smart glass, a television, or a personal computer can be given.
  • Other examples of the case include a dashboard, an instrument panel, a handle, a chassis, and the like in the automobile field.
  • the substrate used in this embodiment is not particularly limited and is composed of an inorganic material or an organic material.
  • the inorganic material examples include glass such as soda lime glass, alkali-free glass, borosilicate glass, and quartz glass, and ceramic material such as alumina.
  • Organic materials include polymer materials and paper.
  • a resin film can be used.
  • paper examples include high-quality paper made from general pulp, medium-quality paper, coated paper, cardboard, cardboard, and other papers made from cellulose nanofibers.
  • paper one obtained by dissolving a polymer material or one obtained by impregnating and curing a sol-gel material can be used. Further, these materials may be laminated and used.
  • LTCC low-temperature and low-humidity co-fired ceramics
  • the thickness of the substrate can be, for example, 1 ⁇ m to 10 mm, preferably 25 ⁇ m to 250 ⁇ m. A thickness of the substrate of 250 ⁇ m or less is preferable because the manufactured electronic device can be reduced in weight, space-saving, and flexible.
  • the thickness can be, for example, 1 ⁇ m to 10 mm, and preferably 200 ⁇ m to 5 mm. It has been clarified by the present inventors that the mechanical strength and heat resistance after molding are expressed by selecting this range.
  • the conductive pattern can be formed by 1) using the printing method described above and baking after producing the pattern, and 2) coating the dispersion on the entire surface of the substrate and applying a laser so that a specific pattern is formed there. There is a method of creating a pattern by drawing. Both 1) and 2) are preferable because a part of copper oxide remains on the substrate side without being reduced, so that the adhesion between the conductive pattern and the substrate is improved.
  • the conductive pattern is a wiring, and the wiring width is preferably 0.5 ⁇ m or more and 10,000 ⁇ m or less, more preferably 1 ⁇ m or more and 1000 ⁇ m or less, and further preferably 1 ⁇ m or more and 500 ⁇ m or less.
  • the conductive pattern may be formed in a mesh shape.
  • the mesh shape is a grid-like wiring, which is preferable because it has high transmittance and becomes transparent.
  • the method for the baking treatment is not particularly limited as long as a conductive film exhibiting the effects of the present invention can be formed. Specific examples include a method using an incinerator, a plasma baking method, a light baking method, and the like. .
  • a conductive pattern can be obtained by printing a desired pattern with a dispersion and baking it. In producing the conductive pattern, part of the cuprous oxide remains on the contact surface with the substrate without being reduced, which is preferable because the adhesion between the conductive pattern and the substrate is improved.
  • the non-oxidizing atmosphere is an atmosphere that does not contain an oxidizing gas such as oxygen, and is an atmosphere filled with an inert gas such as nitrogen, argon, helium, or neon.
  • the reducing atmosphere refers to an atmosphere in which a reducing gas such as hydrogen or carbon monoxide exists, but may be used by mixing with an inert gas.
  • the coating film of the dispersion may be baked by filling these gases in a baking furnace and in a closed system or continuously flowing the gas. Further, the firing may be performed in a pressurized atmosphere or a reduced pressure atmosphere.
  • the plasma method of this embodiment can be processed at a lower temperature than a method using a baking furnace, and is one of the better methods as a baking method when a resin film having low heat resistance is used as a base material.
  • the plasma can remove the organic substance and the oxide film on the surface of the pattern, so that there is an advantage that good solderability can be secured.
  • a reducing gas or a mixed gas of a reducing gas and an inert gas is flowed into the chamber, plasma is generated by microwaves, and active species generated thereby are heated for reduction or sintering.
  • it is a method of obtaining a conductive film by further utilizing organic substances contained in a dispersant or the like.
  • the active species are often deactivated, the metal part is selectively heated, and the temperature of the substrate itself is difficult to rise, so that it can be applied to a resin film as a substrate.
  • the dispersion contains copper as a metal, and the copper oxide changes to copper as the firing proceeds, so that heating of only the pattern portion is promoted.
  • organic substances such as a dispersant or a binder component remain in the conductive pattern, sintering tends to be hindered and resistance tends to increase.
  • the plasma method has a large organic substance removal effect in the conductor pattern. Since the organic substance and the oxide film on the surface of the coating film can be removed by the plasma method, there is an advantage that the solderability of the conductive pattern can be effectively improved.
  • reducing gas component hydrogen or the like
  • inert gas component nitrogen, helium, argon or the like
  • these may be used alone or as a mixture of a reducing gas component and an inert gas component in an arbitrary ratio.
  • Two or more inert gas components may be mixed and used.
  • the plasma firing method can be adjusted with microwave input power, introduced gas flow rate, chamber internal pressure, distance from the plasma generation source to the processing sample, processing sample temperature, and processing time. Can be changed. Therefore, if the above adjustment items are optimized, not only inorganic material substrates but also organic material thermosetting resin films, paper, and low heat resistance thermoplastic resin films such as PET and PEN are used as substrates. Thus, a conductive film having low resistance can be obtained. However, since the optimum conditions vary depending on the device structure and sample type, they are adjusted according to the situation.
  • a flash light method or a laser light method using a discharge tube such as xenon as a light source can be applied.
  • These methods are methods in which high intensity light is exposed for a short time, and the dispersion coated on the substrate is heated to a high temperature in a short time and fired. Reduction of copper oxide, sintering of copper particles, integration of these, And the organic component is decomposed to form a conductive film. Since the firing time is very short, it can be applied to a resin film substrate having low heat resistance by a method with little damage to the substrate.
  • the flash light method uses a xenon discharge tube to instantaneously discharge the electric charge stored in the capacitor.
  • a large amount of pulsed light is generated and the dispersion formed on the substrate is irradiated with copper oxide. Is instantaneously heated to a high temperature to change to a conductive film.
  • the exposure amount can be adjusted by the light intensity, the light emission time, the light irradiation interval, and the number of times, and if the substrate has high light transmittance, the conductive material by the dispersion can be applied to a resin substrate having low heat resistance, such as PET, PEN or paper. It becomes possible to form a sex pattern.
  • the emission light source is different, the same effect can be obtained by using a laser light source.
  • a laser in addition to the adjustment items of the flash light system, there is a degree of freedom in wavelength selection, and it is also possible to select in consideration of the light absorption wavelength of the dispersion in which the pattern is formed and the absorption wavelength of the substrate. Further, exposure by beam scanning is possible, and there is a feature that adjustment of an exposure range such as exposure to the entire surface of the substrate or selection of partial exposure is easy.
  • YAG yttrium / aluminum / garnet
  • YVO yttrium vanadate
  • Yb ytterbium
  • semiconductor laser GaAs, GaAlAs, GaInAs
  • carbon dioxide gas etc.
  • harmonics may be extracted and used.
  • the emission wavelength is preferably from 300 nm to 1500 nm.
  • 355 nm, 405 nm, 445 nm, 450 nm, 532 nm, and 1056 nm are preferable.
  • the laser wavelengths of 355 nm, 405 nm, 445 nm, 450 nm, and 532 nm are particularly preferable from the absorption region of the copper oxide-containing layer of the present embodiment.
  • the surface roughness of the surface of the conductive layer or conductive pattern is preferably 500 nm or more and 4000 nm or less, more preferably 750 nm or more and 3000 nm or less, and even more preferably 1000 nm or more and 2000 nm or less. If it is in this range, the solder layer is easy to be applied to the conductive pattern, and the adhesion between the conductive pattern and the solder layer becomes high.
  • solder layer on conductive pattern In the structure with a conductive pattern manufactured using the dispersion according to the present embodiment, since the dispersant and the dispersion medium that deteriorate the solderability are decomposed in the firing process, the conductive pattern is formed.
  • the solder is an alloy mainly composed of lead and tin, and includes lead-free solder that does not contain lead. Since the conductive pattern according to the present embodiment has voids (voids), the adhesion between the conductive pattern and the solder layer is increased when solder enters the void.
  • the grain size of copper contained in the conductive pattern and the conductive layer is preferably 0.1 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less, more preferably 0.5 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less, and particularly preferably 1.0 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less. Thereby, the adhesiveness of a conductive pattern and a solder layer becomes high.
  • the electronic component is an active component such as a semiconductor, an integrated circuit, a diode, or a liquid crystal display, a passive component such as a resistor or a capacitor, and a mechanical component such as a connector, a switch, an electric wire, a heat sink, or an antenna. , At least one.
  • the solder layer is formed on the conductive pattern by a reflow method.
  • soldering is performed by applying a solder paste (cream solder) to the surface of a part of the conductive pattern region formed in FIGS. 3J and 4L, for example, a land.
  • the solder paste is applied by, for example, contact printing using a metal mask and a metal squeegee.
  • a solder layer is formed on a part of the surface of the conductive pattern. That is, after the step of FIG. 3J, a structure with a conductive pattern is obtained in which a solder layer is formed on part of the surface of the conductive pattern on the surface layer.
  • the structure with a conductive pattern in which a solder layer is formed on a part of the surface of the conductive pattern is obtained after the step of FIG.
  • a part of the surface of the conductive pattern on which the solder layer is formed is not particularly limited as long as the conductive pattern and the electronic component can be joined to each other.
  • FIG. 9 is a top view of the structure with a conductive pattern in which the solder layer according to the present embodiment is formed.
  • FIG. 9A is a photograph of a structure with a conductive pattern on which a solder layer is formed
  • FIG. 9B is a schematic diagram thereof.
  • a conductive pattern B formed by baking a copper oxide ink as a dispersion is formed on a flexible substrate 11.
  • a solder layer 20 is formed on the surface of the conductive pattern B.
  • the conductive pattern B and the conductive wire 90 are appropriately soldered by the solder layer 20, and the conductive pattern B and the electronic component 91 are appropriately connected via the conductive wire 90.
  • the organic binder contained in the dispersion is decomposed in order to form the conductive pattern by baking the copper oxide ink as the dispersion.
  • a coating film formed using a dispersion containing an organic compound having a phosphoric acid group since the wettability of solder is high, the molten solder is coated on the metal surface, and then the solder is drawn. It is possible to suppress a state in which a very thin portion of solder is formed, that is, occurrence of dewetting. As a result, it is possible to prevent the occurrence of a defect in the solder joint portion that joins the conductive film and the joint portion of the electronic component, and to manufacture the substrate with the electronic component with a high yield.
  • hydrazine 133 ⁇ g hydrazine 133 ⁇ g, surrogate substance (hydrazine 15 N 2 H 4 ) 33 ⁇ g, and benzaldehyde 1% acetonitrile solution 1 ml were added to 50 ⁇ L of the sample (copper nanoink). Finally, 20 ⁇ L of phosphoric acid was added, and after 4 hours, GC / MS measurement was performed.
  • hydrazine is not added to 50 ⁇ L of the sample (copper nanoink), 33 ⁇ g of surrogate substance (hydrazine 15 N 2 H 4 ) and 1 ml of benzaldehyde 1% acetonitrile solution are added, and finally 20 ⁇ L of phosphoric acid is added, and after 4 hours, GC / MS measurement was performed.
  • the calibration curve by the standard addition method was obtained by taking the weight of added hydrazine / weight of added surrogate substance on the x-axis and the peak area value of hydrazine / the peak area value of the surrogate substance on the y-axis.
  • the value of the Y-intercept obtained from the calibration curve was divided by the weight of added hydrazine / the weight of added surrogate substance to obtain the weight of hydrazine.
  • Example 1 In a mixed solvent of 7560 g of distilled water (manufactured by Kyoei Pharmaceutical Co., Ltd.) and 3494 g of 1,2-propylene glycol (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.), 806 g of copper acetate (II) monohydrate (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) is dissolved. The liquid temperature was adjusted to -5 ° C by an external temperature controller. To the obtained solution, 235 g of hydrazine monohydrate (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added over 20 minutes and stirred for 30 minutes, and then the liquid temperature was adjusted to 25 ° C. with an external temperature controller and stirred for 90 minutes.
  • Dispersed BYK-145 (manufactured by Big Chemie) 54.8 g
  • Surflon S611 (manufactured by Seimi Chemical) 13.7 g
  • ethanol (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) 907 g are added to the resulting precipitate 390 g, dispersed using a homogenizer, and oxidized. 1365 g of a monocopper dispersion (copper oxide ink) was obtained.
  • the dispersion was well dispersed.
  • the content ratio of cuprous oxide was 20%, and the average secondary particle size was 22 nm.
  • the hydrazine ratio was 3000 ppm.
  • Example 2 In a mixed solvent of 7560 g of distilled water (manufactured by Kyoei Pharmaceutical Co., Ltd.) and 3494 g of 1,2-propylene glycol (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.), 806 g of copper acetate (II) monohydrate (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) is dissolved. The liquid temperature was adjusted to -5 ° C by an external temperature controller. To the obtained solution, 235 g of hydrazine monohydrate (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added over 20 minutes and stirred for 30 minutes, and then the liquid temperature was adjusted to 25 ° C. with an external temperature controller and stirred for 90 minutes.
  • Disperse BYK-145 (manufactured by Big Chemie) 54.8 g, Surflon S611 (manufactured by Seimi Chemical) 13.7 g and ethanol Kanto Chemical Co., Ltd. 907 g are added to 390 g of the resulting precipitate, dispersed using a homogenizer, and oxidized first. 1365 g of a copper dispersion was obtained. Further, air was bubbled.
  • the dispersion was well dispersed.
  • the content ratio of cuprous oxide was 20%, and the average secondary particle size was 25 nm.
  • the hydrazine ratio was 700 ppm.
  • Example 3 To 98.5 g of the dispersion obtained in Example 1, 1.5 g of hydrazine (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added.
  • the dispersion was well dispersed.
  • the content ratio of cuprous oxide was 20%, and the average secondary particle size was 29 nm.
  • the hydrazine ratio was 18000 ppm.
  • Example 4 In a mixed solvent of 7560 g of distilled water (manufactured by Kyoei Pharmaceutical Co., Ltd.) and 3494 g of 1,2-propylene glycol (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.), 806 g of copper acetate (II) monohydrate (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) is dissolved. The liquid temperature was adjusted to -5 ° C by an external temperature controller. To the obtained solution, 235 g of hydrazine monohydrate (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added over 20 minutes and stirred for 30 minutes, and then the liquid temperature was adjusted to 25 ° C. with an external temperature controller and stirred for 90 minutes.
  • Disperse BYK-145 manufactured by Big Chemie
  • Surflon S611 manufactured by Seimi Chemical
  • ethanol manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.
  • 960 g are added to the resulting precipitate 390 g, and dispersed using a homogenizer and oxidized. 1365 g of a monocopper dispersion (copper oxide ink) was obtained.
  • the dispersion was well dispersed.
  • the content ratio of cuprous oxide was 20%, and the average secondary particle size was 32 nm.
  • the hydrazine ratio was 3000 ppm.
  • Example 5 In a mixed solvent of 7560 g of distilled water (manufactured by Kyoei Pharmaceutical Co., Ltd.) and 3494 g of 1,2-propylene glycol (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.), 806 g of copper acetate (II) monohydrate (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) is dissolved. The liquid temperature was adjusted to -5 ° C by an external temperature controller. To the obtained solution, 235 g of hydrazine monohydrate (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added over 20 minutes and stirred for 30 minutes, and then the liquid temperature was adjusted to 25 ° C. with an external temperature controller and stirred for 90 minutes.
  • Dispersed BYK-145 (manufactured by Big Chemie) 82.2 g, Surflon S611 (manufactured by Seimi Chemical) 13.7 g and ethanol (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) 880 g are added to 390 g of the resulting precipitate, dispersed using a homogenizer, and oxidized. 1365 g of a monocopper dispersion (copper oxide ink) was obtained.
  • the dispersion was well dispersed.
  • the content ratio of cuprous oxide was 20%, and the average secondary particle size was 32 nm.
  • the hydrazine ratio was 3000 ppm.
  • the content ratio of cuprous oxide was 20%.
  • the hydrazine ratio was 33000 ppm.
  • Dispersed BYK-145 (manufactured by Big Chemie) 0.82 g, Surflon S611 (manufactured by Seimi Chemical) 13.7 g and ethanol (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) 960 g are added to 390 g of the resulting precipitate, dispersed using a homogenizer, and oxidized. 1365 g of a monocopper dispersion (copper oxide ink) was obtained.
  • the content ratio of cuprous oxide was 20%.
  • the hydrazine ratio was 3000 ppm.
  • Dispersed BYK-145 manufactured by Big Chemie
  • Surflon S611 manufactured by Seimi Chemical
  • ethanol manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.
  • 1365 g of a dispersion (copper oxide ink) was obtained.
  • the content ratio of cuprous oxide was 20%.
  • the hydrazine ratio was 3000 ppm.
  • a patterned coating film was formed on the substrate by reverse printing using copper oxide ink.
  • a coating film of copper oxide ink having a uniform thickness was formed on the surface of a blanket (transfer body).
  • the surface material of the blanket is usually made of silicone rubber, and it was confirmed whether the copper oxide ink adhered well to the silicone rubber and a uniform coating film was formed.
  • the surface of the blanket with the copper oxide ink film formed on the surface is pressed and brought into contact with the relief plate, and a portion of the copper oxide ink film on the blanket surface is attached to and transferred to the convex surface of the relief plate. I let you.
  • a printed pattern was formed on the coating film of the copper oxide ink remaining on the surface of the blanket.
  • the evaluation criteria are as follows. A: Reverse printing was possible. B: Some print patterns were not formed. C: Reverse printing was not possible.
  • a film having a thickness of 600 nm was formed on the PEN film using a bar coater, and reduced by heating and baking for 1.5 seconds for 420 seconds with a plasma baking apparatus to prepare a copper film.
  • the volume resistivity of the conductive film was measured using a low resistivity meter Lorester GP manufactured by Mitsubishi Chemical. Table 1 shows the performance results of the copper oxide ink and the coating film.
  • the copper oxide ink did not aggregate, and a low resistance was maintained when a copper film was formed on the PEN film.
  • the value of (reducing agent mass / copper oxide mass) was 0.0001 or more and 0.10 or less, and the value of (dispersing agent mass / copper oxide mass) was 0.0050 or more and 0.30 or less. . It is considered that by using hydrazine as a reducing agent, reduction of copper oxide was promoted and a copper film having low resistance was produced.
  • Comparative Example 1 in which the value of (reducing agent mass / copper oxide mass) was smaller than 0.001, agglomeration of copper oxide particles was partially observed in the dispersion. Moreover, a copper film could not be obtained by plasma baking, and resistance could not be measured. Further, in Comparative Example 2 in which the value of (reducing agent mass / copper oxide mass) was larger than 0.1, the copper oxide ink was agglomerated, so that the reverse printing and the resistance measurement could not be performed. Further, since Comparative Example 3 having a value of (dispersant mass / copper oxide mass) smaller than 0.005 and Comparative Example 4 larger than 0.30 both had the copper oxide ink agglomerated, reversal printing and resistance Measurement was not possible.
  • the copper oxide ink of Example 1 was bar-coated on a PET substrate so as to have a predetermined thickness (800 nm), and dried at room temperature for 10 minutes to obtain Sample A in which a coating layer was formed on PET.
  • concentration with a UF membrane module and dilution with ethanol are repeated, and further dilution with terpineol and concentration with a UF membrane are repeated to obtain 225.4 g of dispersion S1 containing 124 g of cuprous oxide having an average secondary particle diameter of 10 nm. It was.
  • the average secondary particle size was measured by the cumulant method using FPAR-1000 manufactured by Otsuka Electronics. The same applies to the following Production Examples 2 to 15 and Comparative Production Examples 1 to 3.
  • Example 6 to 67 To 40 g of any of dispersions S1 to S15 obtained in Production Examples 1 to 15, add any one of the following copper particles A, B, C, D, and E in the amounts shown in Table 2, and under nitrogen atmosphere, The dispersion of Examples 6 to 67 was obtained by mixing with a revolutionary mixer. These organic compound mass ratios (BYK / Cu 2 O) and copper particle mass ratios (Cu / Cu 2 O) are shown in Table 2.
  • Copper particles A acicular copper powder (average particle size 4.7 ⁇ m) Copper particles B: Dendritic copper powder (average particle size 14.5 ⁇ m) Copper particles C: scaly copper powder (1400YP manufactured by Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd .: average particle size 4.9 ⁇ m) Copper particles D: Spherical copper powder (average particle size 1 ⁇ m) Copper particles E: Spherical copper powder (average particle size 5 ⁇ m)
  • the dispersions of Examples 6 to 67 were printed with a line pattern on a paper substrate by a screen printing method, and then heated and fired using a microwave plasma firer for 1.5 kw for 420 seconds. Then, a conductive film having a width of 1 mm, a length of 100 mm, and a film thickness of 16 ⁇ m was formed.
  • the dispersion stability was evaluated as follows. A: Screen printing period after preparation of dispersion is 20 days or more B: Screen printing period after preparation of dispersion is 5 days or more and less than 20 days C: Screen printing after preparation of dispersion Possible period is less than 5 days
  • the continuous printability refers to A when the screen printing on the paper substrate is continuously performed a plurality of times, and the screen printing can be continuously performed 5 times or more, and A is the number of times the screen printing can be performed continuously. The case of less than 5 times was evaluated as B. The results are shown in Table 2.
  • the initial resistance is the volume resistivity (unit: 10 ⁇ 5 ⁇ ⁇ cm) of the conductive film immediately after firing.
  • the volume resistivity was measured using a Mitsubishi Chemical low resistivity meter, Lorester GP.
  • Resistance stability is represented by the ratio of the volume resistivity of the conductive film 100 days after firing to the volume resistivity of the conductive film immediately after firing.
  • soldering test flux-cored yarn solder (tin 60% lead 40%) was soldered to the paper substrate on which the conductive film was formed using a soldering iron, and the solder portion was visually observed. Solderability was evaluated as follows. If the surface of the conductive film is completely wetted with solder and the repelling state cannot be confirmed at all, it is evaluated as “A: No dewetting”. If the repelling is confirmed even a little, “B: Dewetting is present” "
  • Example 68 to 70 The dispersions of Examples 6, 8, and 44 were printed with a line pattern on a paper substrate by a screen printing method, and then an energy density of 7 J / cm 2 using a light firing apparatus pulse forge 1300 manufactured by Nova Centrics.
  • the film was photo-fired with a pulse width of 8 milliseconds, and a conductive film having a width of 1 mm, a length of 100 mm, and a film thickness of 16 ⁇ m was formed on the paper substrate.
  • Comparative Examples 9 to 11 Add 88 g of copper particles F: spherical copper powder (average particle diameter 200 ⁇ m) to the dispersions H1, S1 and S2, 40 g obtained in Comparative Production Example 1, Production Examples 1 and 2, and in a nitrogen atmosphere, using a revolving mixer. By mixing, dispersions of Comparative Examples 9 to 11 were obtained. These organic compound mass ratios (BYK / Cu 2 O) and copper particle mass ratios (Cu / Cu 2 O) are shown in Table 2.
  • a conductive film was formed on a paper substrate using the dispersions of Comparative Examples 9 to 11 under the same conditions as in Examples 6 to 67.
  • the dispersions of Comparative Examples 9 to 11 were evaluated for dispersion stability and continuous printability.
  • the conductive films obtained using the dispersions of Comparative Examples 9 to 11 were measured for initial resistance, resistance stability, and solderability. The results are shown in Table 2.
  • Comparative Example 12 The dispersion of Comparative Example 12 was tried to print a line pattern on a paper substrate by a screen printing method, but the copper particles rapidly aggregated and could not be printed.
  • Comparative Example 13 18 g of terpineol was added to 88 g of the above copper particles B, and the mixture was mixed with a revolving mixer in a nitrogen atmosphere to obtain a dispersion of Comparative Example 13. Since this dispersion does not contain cuprous oxide particles, the copper particle mass ratio (Cu / Cu 2 O) is zero as shown in Table 2.
  • Comparative Example 14 Dispersion S11 obtained in Production Example 11 was mixed with a self-revolving mixer in a nitrogen atmosphere without adding copper particles, and a dispersion of Comparative Example 14 was obtained.
  • the copper particle mass ratio (Cu / Cu 2 O) of these dispersions is zero as shown in Table 2.
  • the dispersions S1 to S15 containing cuprous oxide particles having an average secondary particle diameter of 10 nm or 33 nm were mixed with copper particles A: acicular copper powder (average particle diameter 4.7 ⁇ m), copper Particle B: Dendritic copper powder (average particle diameter 14.5 ⁇ m), Copper particle C: Scale-like copper powder (average particle diameter 4.9 ⁇ m), Copper particle D: Spherical copper powder (average particle diameter 1 ⁇ m), Copper particle E : When DISPERBYK-118, which is an example of an organic compound having a phosphate group, is added with spherical copper powder (average particle diameter of 5 ⁇ m), the obtained dispersions of Examples 6 to 67 are excellent in dispersion stability.
  • the continuous printability was excellent.
  • the conductive films of Examples 6 to 67 obtained by printing the line pattern by the screen printing method using the dispersions of Examples 6 to 67 and performing the baking treatment have low initial resistance, and It was confirmed that the resistance stability was excellent and the solderability was excellent.
  • a dispersion containing copper oxide particles having an average secondary particle diameter of 1 nm to 50 nm, copper particles having a particle diameter of 0.1 ⁇ m to 100 ⁇ m, and an organic compound having a phosphate group It was confirmed that the dispersion stability was excellent and screen printing was possible even after a long period of time after the dispersion was produced. It was also found that the conductive film obtained using such a dispersion had a low initial resistance and excellent resistance stability. Furthermore, it was found that the solderability was excellent. Further, it was found that the mass ratio of the organic compound having a phosphate group to the mass of copper oxide is preferably 0.0050 or more and 0.40 or less, and more preferably 0.0050 or more and 0.30 or less.
  • the copper particles A acicular copper powder
  • copper particles B dendritic copper powder
  • copper particles C scaly copper powder were added to the dispersions S1 to S15 containing cuprous oxide particles.
  • the conductive film obtained by printing the line pattern by the screen printing method using the dispersion and performing the baking treatment has low initial resistance and excellent resistance stability. Was confirmed. Moreover, it was excellent in solderability. The same applies to Examples 68 to 70.
  • the conductive film using the dispersion of the example was excellent in solderability. Therefore, it was confirmed that it is possible to prevent the occurrence of a defect in the solder joint portion that joins the conductive film and the joint portion of the electronic component, and to manufacture the substrate with the electronic component with a high yield.
  • the dispersant (DISPERBYK-118) is not used, but screen printing is possible, the initial resistance is low, and the resistance stability is excellent. It was confirmed that Moreover, it was confirmed that the solderability is excellent. From this, it was confirmed that the use of the dispersant does not affect the effect of the dispersion of the present embodiment.
  • Comparative Example 12 screen printing was not possible.
  • Comparative Examples 13 and 14 when only one of cuprous oxide particles or copper particles is included, screen printing is possible, but initial resistance is high and resistance stability is low. confirmed.
  • a conductive film was formed on a paper substrate using the dispersions of Comparative Examples 15 and 16 under the same conditions as in Examples 6 to 67.
  • the initial resistance of the conductive films obtained using the dispersions of Comparative Examples 15 and 16 was measured.
  • the continuous printability of the dispersions of Comparative Examples 15 and 16 was evaluated. The results are shown in Table 2.
  • terpineol, ⁇ -butyrolactone, cyclohexanol, ethylene glycol monoethyl ether acetate and tetralin were used as dispersion media, and dispersions S11 to S15 containing cuprous oxide particles were combined with copper particles A: Needle-like copper powder, copper particles B: dendritic copper powder and copper particles C: a line pattern is printed by a screen printing method using the dispersions of Examples 53 to 67 to which scaly copper powder is added, and is fired. It was confirmed that the conductive film obtained by applying the low initial resistance. In addition, the dispersion was evaluated as A for continuous printability.
  • a line pattern is formed on a paper substrate by screen printing using a copper paste CP-1P for screen printing manufactured by NOF Corporation, which does not contain cuprous oxide particles and does not contain an organic compound having a phosphate group. Printing was performed, followed by plasma baking under the same conditions as in Examples 6 to 67, and a conductive film was formed on a paper substrate.
  • the obtained conductive film of Comparative Example 17 was subjected to a soldering test, but there was dewetting and the evaluation was B. Moreover, when the surface roughness of the electrically conductive film was measured, the surface roughness was 858 nm.
  • the dispersions S1, 3, 4, 7, and 8 containing cuprous oxide particles include copper particles A: acicular copper powder, copper particles B: dendritic copper powder, and copper particles C: When scale-like copper powder is added, the conductive film obtained by printing a line pattern by screen printing using a dispersion and applying a baking treatment has low initial resistance, high resistance stability, and It was confirmed that the solderability is excellent.
  • Claim 1 is based on Experimental Example 1.
  • Claims 2 and 3 are based on Experimental Example 2.

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Abstract

分散安定性が高く、基板上で抵抗の低い導電性パターンを形成すること。分散体(1)は、酸化銅(2)と、分散剤(3)と、還元剤とを含み、還元剤の含有量が下記式(1)の範囲であり、分散剤の含有量が下記式(2)の範囲内である。 0.0001≦(還元剤質量/酸化銅質量)≦0.10 (1) 0.0050≦(分散剤質量/酸化銅質量)≦0.30 (2) 還元剤が含まれることにより、焼成において酸化銅の銅への還元が促進され、銅の焼結が促進される。

Description

分散体並びにこれを用いた導電性パターン付構造体の製造方法及び導電性パターン付構造体
 本発明は分散体並びにこれを用いた導電性パターン付構造体の製造方法及び導電性パターン付構造体に関する。
 回路基板は、基板上に導電性の配線を施した構造を有する。回路基板の製造方法は、一般的に、次の通りである。まず、金属箔を貼り合せた基板上にフォトレジストを塗布する。次に、フォトレジストを露光及び現像して所望の回路パターンのネガ状の形状を得る。次に、フォトレジストに被覆されていない部分の金属箔をケミカルエッチングにより除去してパターンを形成する。これにより、高性能の回路基板を製造することができる。
 しかしながら、従来の方法は、工程数が多く、煩雑であると共に、フォトレジスト材料を要する等の欠点がある。
 これに対し、金属微粒子及び金属酸化物微粒子からなる群から選択された微粒子を分散させた分散体で基板上に所望の配線パターンを直接印刷する直接配線印刷技術(以下、PE(プリンテッド エレクトロニクス)法と記載する)が注目されている。この技術は、工程数が少なく、フォトレジスト材料を用いる必要がない等、極めて生産性が高い。
 分散体としては、金属インク及び金属ペーストが挙げられる。金属インクは、平均粒子径が数~数十ナノメートルの金属超微粒子を分散媒に分散させた分散体である。金属インクを基板に塗布乾燥させた後、これを熱処理すると、金属超微粒子特有の融点降下によって、金属の融点よりも低い温度で焼結し、導電性を有する金属膜(以下、導電膜ともいう)を形成できる。金属インクを用いて得られた金属膜は、膜厚が薄く、金属箔に近いものになる。
 一方、金属ペーストは、マイクロメートルサイズの金属の微粒子と、バインダ樹脂と共に分散媒に分散させた分散体である。微粒子のサイズが大きいので、沈降を防ぐために、通常はかなり粘度の高い状態で供給される。そのため、粘度の高い材料に適したスクリーン印刷やディスペンサーによる塗布に適している。金属ペーストは、金属粒子のサイズが大きいため、膜厚が厚い金属膜を形成できるという特徴を有する。
 このような金属粒子に利用される金属として銅が注目されている。特に、投影型静電容量式タッチパネルの電極材料として広く用いられているITO(酸化インジウムスズ)の代替として、抵抗率、イオン(エレクトロケミカル)マイグレーション、導体としての実績、価格、埋蔵量等の観点から、銅が最も有望である。
 しかしながら、銅は、数十ナノメートルの超微粒子では酸化が起こりやすく酸化防止処理が必要である。酸化防止処理は、焼結の妨げになるという課題があった。
 このような課題を解決するために、銅酸化物の超微粒子を前駆体とし、適切な雰囲気下で、熱、活性光線等のエネルギーによって銅酸化物を銅に還元し、銅薄膜を形成することが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
 銅酸化物の超微粒子における表面拡散自体は、300℃よりも低い温度で起こるため、適切な雰囲気下でエネルギーにより、銅酸化物を銅に還元すると、銅の超粒子相互が焼結により緻密なランダムチェーンを形成し、全体がネットワーク状となり、所望の電気導電性が得られる。
国際公開第2003/051562号
 第1の課題として、金属インク及び金属ペーストを用いたPE法により得られる金属薄膜は、抵抗率が低いだけでなく、経時的変化が少ないことが求められる。例えば、銀ペーストに関しては、銀は大気下で酸化を受けやすく、酸化して抵抗率が上昇するため、銀粒子間の抵抗率は経時的に悪化していくことが知られている。
 しかしながら、特許文献1に開示された銅酸化物の超微粒子を前駆体として用いたPE法により得られる金属膜について、抵抗率の安定性について検討した先行技術文献は存在していない。
 また、工業的利用においては、分散体が、高濃度で経時的変化に対して優れた分散安定性を有することも求められる。
 また、第2の課題として、従来の、金属酸化物の微粒子を還元により金属化して金属膜を得る、金属ペーストを用いたPE法において、粒子径が小さくなるほど焼結が進みやすく、焼成処理中にクラックが発生し、抵抗率が低下しやすいことが知られている。焼結により、接触した複数の微粒子がその界面を融合し、相互に相手を取り込むことによって大きな粒子に成長し、その際に、粒子の表面積の減少が進み、複数の微粒子間に存在していた隙間が消滅する。この結果、塗膜の体積収縮が起こり、これが原因でクラックが生じることがある。このようなクラックは、金属膜の抵抗率の上昇を招く。
 また、金属ペーストの塗膜の厚みが1μmより大きくなると、焼成処理中にクラックが発生しやすくなるだけでなく、経時的にクラックが発生し、金属膜の抵抗率の経時的な悪化が起こることが知られている。
 しかしながら、特許文献1に開示された銅酸化物の超微粒子を前駆体として用いたPE法により得られる金属膜について、抵抗率の経時的安定性、特に経時的なクラック発生について検討した先行技術文献は存在していない。
 また、PE法に用いられる分散体は、比較的膜薄な塗膜が得られるインクジェット印刷だけでなく、比較的膜厚な塗膜が得られるスクリーン印刷にも適用可能であることが求められる。
 また、金属膜に対しては、ハンダ付けが容易であることも求められる。例えば、一般的な汎用の導電性ペーストでは、バインダ樹脂の効果収縮により金属粒子(平均粒子径0.5~2.0μm)を物理的に接触させて電気的導通をとる。このため、バインダ樹脂が金属膜の表面に滲み出して被膜を形成するため、ハンダ付けが難しくなる。また、金属膜はハンダとの密着性が高いことも求められる。
 本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、分散安定性が高く、基板上で抵抗の低い導電性パターンを形成できる分散体並びにこれを用いた導電性パターン付構造体の製造方法及び導電性パターン付構造体を提供することを目的の一つとする。
 また、スクリーン印刷法に適用可能であり、抵抗率の経時的安定性及びハンダ付け性に優れた導電性パターンが得られる分散体並びにこれを用いた導電性パターン付構造体の製造方法及び導電性パターン付構造体を提供することを目的の一つとする。
 本発明者らは、上記の課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成するに至った。本発明は、第1から第3のいずれか一つの課題を解決するためのものである。
 即ち、本発明の一態様の分散体は、酸化銅と、分散剤と、還元剤とを含み、前記還元剤の含有量が下記式(1)の範囲であり、前記分散剤の含有量が下記式(2)の範囲であることを特徴とする。
  0.0001≦(還元剤質量/酸化銅質量)≦0.10 (1)
  0.0050≦(分散剤質量/酸化銅質量)≦0.30 (2)
 この構成により、酸化銅に対する還元剤及び分散剤の質量の範囲を限定することで、分散安定性が向上するとともに、導電性パターンの抵抗が効果的に低下する。また、プラズマや光、レーザ光を用いて焼成処理を行うことができるため、酸化銅中の有機物が分解され、酸化銅の焼成が促進され、抵抗の低い導電性パターンを形成できる。
 本発明の一態様の分散体は、粒子径が1nm以上50nm以下の酸化銅と、粒子径が0.1μm以上100μm以下の銅粒子と、リン酸基を有する有機化合物と、を含むことを特徴とする。
 この構成により、マイクロメートルオーダーの粒子径を有する銅粒子と、ナノメートルオーダーの酸化銅粒子とを含む分散体を用いた塗布膜を、焼成処理により焼結すると、銅粒子同士が結合し、強固な機械的構造を形成する。それと同時に、銅粒子の間に存在する酸化銅粒子が、焼成処理により還元して金属銅に変化すると共に焼結し、銅粒子と一体化し、電気的導通を生じるようになり、導電性パターンの機械的強度及び電気的導通が向上し、且つ、抵抗率の経時的安定性が高くなる。また、凝集しにくいため、分散安定性に優れると共に、スクリーン印刷が可能になる。
 本発明の一態様の分散体は、酸化銅と、一方向に伸長した形状、樹枝状または扁平な形状を有する銅粒子の少なくとも1種と、を含むことを特徴とする。
 この構成により、一方向に伸長した形状、樹枝状又は扁平な形状を有する銅粒子であると、粒子を整列しやすくなり、粒子間の接点を多く確保できる。それと同時に、還元された酸化銅粒子が結合剤として作用するので、導電性パターンの機械的強度及び電気的導通が向上し、且つ、抵抗率の経時的安定性が高くなる。また、凝集しにくいため、分散安定性に優れると共に、スクリーン印刷が可能になる。
 本発明の一態様の分散体において、銅粒子を含み、前記銅粒子が、一方向に伸長した形状、樹枝状または扁平な形状を有することが好ましい。
 本発明の一態様の分散体において、前記樹枝状の形状を有する前記銅粒子を少なくとも含むことが好ましい。
 本発明の一態様の分散体において、前記酸化銅は、粒子径が1nm以上50nm以下であることが好ましい。
 本発明の一態様の分散体において、前記酸化銅の質量に対する銅粒子の質量比が1.0以上7.0以下であることが好ましい。
 本発明の一態様の分散体において、前記酸化銅の質量に対する前記有機化合物の質量比が0.0050以上0.30以下であることが好ましい。
 本発明の一態様の分散体において、還元剤を含み、前記酸化銅の質量に対する前記還元剤の質量比が0.0001以上0.10以下であることが好ましい。
 本発明の一態様の分散体において、還元剤を含み、前記還元剤が、ヒドラジン、ヒドラジン水和物、ナトリウム、カーボン、ヨウ化カリウム、シュウ酸、硫化鉄(II)、チオ硫酸ナトリウム、アスコルビン酸、塩化スズ(II)、水素化ジイソブチルアルミニウム、蟻酸、水素化ホウ酸ナトリウム及び亜硫酸塩の群から選ばれる少なくとも1つを含むことが好ましい。
 本発明の一態様の分散体において、前記酸化銅が酸化第一銅を含むことが好ましい。
 本発明の一態様の分散体において、さらに分散媒を含み、前記分散媒が、テルピネオール、γーブチロラクトン、シクロヘキサノン、エタノール、プロピレングリコール、ブタノール、プロパノール、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート及びテトラリンからなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましい。
 本発明の一態様の分散体において、さらに分散媒を含み、前記分散媒を2種類以上含むことが好ましい。
 本発明の一態様の導電性パターン付構造体の製造方法は、上記の分散体を、基板上に塗布して塗膜を形成する工程と、前記塗膜にレーザ光を照射し、前記基板上に導電性パターンを形成する工程と、を具備することを特徴とする。
 本発明の一態様の導電性パターン付構造体の製造方法は、上記の分散体を、所望のパターンで基板上に塗布して、塗膜を形成する工程と、前記塗膜を焼成処理して、前記基板上に導電性パターンを形成する工程と、を具備することを特徴とする。
 本発明の一態様の導電性パターン付構造体の製造方法において、前記焼成処理は、還元ガスを含む雰囲気下でプラズマを発生させて行うことが好ましい。
 本発明の一態様の導電性パターン付構造体の製造方法において、前記焼成処理は、光照射法により行うことが好ましい。
 本発明の一態様の導電性パターン付構造体の製造方法において、前記焼成処理は、100℃以上の熱で前記塗膜を加熱することにより行うことが好ましい。
 本発明の一態様の導電性パターン付構造体の製造方法において、前記分散体を、エアロゾル法によって塗布し、前記所望のパターンを形成することが好ましい。
 本発明の一態様の導電性パターン付構造体の製造方法において、前記分散体を、スクリーン印刷によって塗布することが好ましい。
 本発明の一態様の導電性パターン付構造体の製造方法において、前記塗膜を、転写体に形成した後、前記転写体から前記基板に転写して、前記塗膜を前記基板上に形成することが好ましい。
 本発明の一態様の導電性パターン付構造体の製造方法において、前記分散体を、転写体に塗布した後、前記転写体に凸部を接触させ、不要な分散体を取り除いて、前記転写体の表面に所望のパターンを形成する工程と、前記転写体の表面に前記基板を接触させることで、前記基板に前記所望のパターンを転写する工程と、を有することが好ましい。
 本発明の一態様の導電性パターン付構造体の製造方法において、前記導電性パターンがアンテナであることが好ましい。
 本発明の一態様の導電性パターン付構造体の製造方法において、前記導電性パターンがメッシュ形状であることが好ましい。
 本発明の一態様の導電性パターン付構造体の製造方法において、さらに、前記導電性パターンの表面の一部にハンダ層を形成する工程を含むことが好ましい。
 本発明の一態様の導電性パターン付構造体の製造方法において、リフロー法により、前記ハンダ層を介して電子部品を前記導電性パターン上にハンダ付けすることが好ましい。
 本発明の一態様の導電性パターン付構造体は、基板と、前記基板の表面に形成された酸化第一銅含有層と、前記酸化第一銅含有層の表面に形成された導電性層と、を具備し、前記導電性層は線幅1μm以上、1000μm以下の配線であり、前記配線は還元銅を含むことを特徴とする。
 本発明の一態様の導電性パターン付構造体は、基板と、前記基板の表面に形成された酸化第一銅含有層と、前記酸化第一銅含有層の表面に形成された導電性層と、を具備し、前記導電性層は線幅1μm以上、1000μm以下の配線であり、前記配線は還元銅、銅及びスズを含むことを特徴とする。
 本発明の一態様の導電性パターン付構造体は、基板と、前記基板の表面に形成された導電性パターンと、を具備し、前記導電性パターンは線幅1μm以上、1000μm以下の配線であり、前記配線は還元銅、リン及びボイドを含むことを特徴とする。
 本発明の一態様の導電性パターン付構造体は、基板と、前記基板の表面に形成された導電性パターンと、を具備し、前記導電性パターンは線幅1μm以上、1000μm以下の配線であり、前記配線は還元銅、銅及びスズを含むことを特徴とする。
 本発明の一態様の導電性パターン付構造体において、前記銅のグレインサイズが0.1μm以上、100μm以下であることが好ましい。
 本発明の一態様の導電性パターン付構造体において、前記導電性層または前記導電性パターンの表面の表面粗さが500nm以上4000nm以下であることが好ましい。
 本発明の一態様の導電性パターン付構造体において、前記配線がアンテナとして利用できることが好ましい。
 本発明の一態様の導電性パターン付構造体において、前記導電性層または前記導電性パターンの表面の一部にハンダ層が形成されていることが好ましい。
 本発明の一態様の導電性パターン付構造体は、基板と、前記基板表面に形成された導電性パターンと、を具備し、前記導電性パターンは線幅1μm以上、1000μm以下の配線であり、前記配線は還元銅、酸化銅及びリンを含み、前記配線を覆うように樹脂が配置されていることを特徴とする。
 本発明によれば、分散安定性が高く、基板上で抵抗の低い導電性パターンを形成できる。
 また、スクリーン印刷法に適用可能であり、抵抗率の経時的安定性及びハンダ付け性に優れた導電性パターンが得られる。
第3の実施の形態に係る分散体を基板に塗布し、焼成処理する前の、酸化銅及び樹枝状の形状を有する銅粒子の状態を示す模式図である。 本実施の形態に係る導電性パターン付構造体を示す断面模式図である。 本実施の形態に係る導電性パターン付構造体の製造方法において焼成にレーザ照射を用いた場合の各工程を示す説明図である。 本実施の形態に係る導電性パターン付構造体の製造方法において焼成にプラズマを用いた場合の各工程を示す説明図である。 本実施の形態に係る転写体を用いた塗膜の形成方法を説明する図である。 本実施の形態に係る転写体を用いた塗膜の形成方法の他の例を説明する図である。 本実施の形態に係る転写体にパターンを形成する方法を説明する図である。 本実施の形態に係る酸化銅とリン酸エステル塩との関係を示す模式図である。 本実施の形態に係るハンダ層が形成された導電性パターン付構造体の上面図である。
 以下、本発明の実施形態(以下、「本実施の形態」という。)を例示する目的で詳細に説明するが、本発明は本実施の形態に限定されるものではない。
<第1の実施の形態>
 第1の実施の形態の分散体は、(1)酸化銅、(2)分散剤、(3)還元剤とを含むことを特徴とする。分散体に還元剤が含まれることにより、焼成において酸化銅の銅への還元が促進され、銅の焼結が促進される。
 還元剤の含有量は、下記式(1)の範囲を満たす。還元剤の質量比率が0.0001以上だと分散安定性が向上し、かつ銅膜の抵抗が低下する。また、0.1以下だと分散体の長期安定性が向上する。
 0.0001≦(還元剤質量/酸化銅質量)≦0.10 (1)
 また、分散剤の含有量は、下記式(2)の範囲を満たす。これにより、酸化銅の凝集を抑制して、分散安定性が向上する。
 0.0050≦(分散剤質量/酸化銅質量)≦0.30 (2)
 第1の実施の形態の分散体は、酸化銅に対する還元剤及び分散剤の質量の範囲を限定することで、分散安定性が向上するとともに、導電膜の抵抗が効果的に低下する。また、プラズマや光、レーザ光を用いて焼成処理を行うことができるため、酸化銅中の有機物が分解され、酸化銅の焼成が促進され、抵抗の低い導電膜を形成できる。このため、電磁波シールド、回路など様々な銅配線を提供できる。
 また、第1の実施の形態の分散体は、銅粒子を含み、銅粒子が、一方向に伸長した形状、樹枝状または扁平な形状を有することが好ましい。第1の実施の形態の分散体は、樹枝状の形状を有する銅粒子を少なくとも含むことがより好ましい。これにより、特定形状を有する銅粒子は、例えば、球状、正多面体状のアスペクト比の小さい粒子と比較して、互いに絡まり合ったり、整列したり、しやすい。このため、粒子同士の接点を多く確保でき、塗膜を焼成処理により焼結すると、強固な機械的構造を形成し、得られた導電膜では、クラックが発生するのが抑制される。
 また、第1の実施の形態の分散体は、銅粒子を含み、銅粒子が、粒子径が0.1μm以上100μm以下であることが好ましく、0.5μm以上50μm以下がさらに好ましく、1.0μm以上10μm以下が特に好ましい。これにより、クラック発生抑制効果が高く、且つ、銅粒子の間にナノメートルオーダーの酸化銅の超微粒子が入り込み、結合剤として働き易くなる。また、銅粒子自体の機械的強度が小さくなることを防止できる。
 また、第1の実施の形態の分散体は、酸化銅は、粒子径が1nm以上50nm以下であることが好ましい。これにより、焼結が容易であると共に、銅粒子の間に入りやすいため、結合剤として作用し易い。また、分散剤の使用量を少なくでき、焼成処理が容易になる。
 このように、マイクロメートルオーダーの粒子径を有する銅粒子と、ナノメートルオーダーの酸化銅粒子とを含む分散体を用いた塗膜を、焼成処理により焼結すると、銅粒子同士が結合し、強固な機械的構造を形成する。
<第2の実施の形態>
 本発明者らは、鋭意検討した結果、分散体において、特定の粒子径を有する酸化銅粒子と、特定の粒子径を有する銅粒子と、組み合わせて用いること、及び、分散剤を用いることにより、焼結時に発生するクラック及び経時的に発生するクラックの両方を抑制し、抵抗率が低く且つ抵抗率の経時的安定性に優れた導電膜が得られることがわかった。
 また、上述の分散体は、超微粒子を高い濃度で含有しているにもかかわらず凝集しにくいことがわかった。このため、スクリーン印刷法にも適用可能であり、印刷性に優れていることがわかった。しかも、上述の分散体は、高い濃度で経時的変化に対して優れた分散安定性を示し、長期間保管後でもスクリーン印刷が可能であることもわかった。
 さらに、上述の分散体は、スクリーン印刷を用いることで、比較的厚膜で塗膜を形成できるため、得られた導電膜で大量の電流を導通できることがわかった。
 また、上述の分散体を用いた導電膜に対するハンダ付け性が良好であることがわかった。
 本発明者らは、このような新たな見地に基づいて、本発明を完成するに至った。すなわち、第2の実施の形態の分散体は、粒子径が1nm以上50nm以下の酸化銅と、粒子径が0.1μm以上100μm以下の銅粒子と、リン酸基を有する有機化合物と、を含むことを特徴とする。
 ここで粒子径とは、酸化銅粒子及び銅粒子の一次粒子の平均粒子径である。
 第2の実施の形態に係る分散体によれば、上記のような、マイクロメートルオーダーの粒子径を有する銅粒子と、ナノメートルオーダーの酸化銅粒子とを含む分散体を用いた塗膜を、焼成処理により焼結すると、銅粒子同士が結合し、強固な機械的構造を形成する。そして、銅粒子の間に酸化銅粒子が存在しているので、焼成処理により還元して金属銅に変化すると共に焼結し、銅粒子と一体化し、電気的導通を生じるようになる。言い換えれば、酸化銅粒子は、銅粒子に対して結合剤として作用する。したがって、得られた導電膜では、焼結時の急激な歪及び残留歪によってクラックが発生するのが抑制される。また、銅粒子と還元された銅酸化物粒子とが導体としてのパスを形成し、抵抗率を低くできる。この結果、抵抗率が低く、且つ、抵抗率の経時的安定性が高い導電膜を得ることができる。
 第2の実施の形態に係る分散体において、酸化銅粒子の粒子径の上限値は、50nmである。これ以下であると、焼結が容易であると共に、銅粒子の間に入りやすいため、結合剤として作用しやすいからである。
 酸化銅粒子が、このようなサイズであることにより、金属超微粒子特有の融点降下によって、金属の融点よりも低い温度で焼結し、導電膜を形成できる。
 なお、金属粒子の粒子径を充分に小さくすると、粒子の表面に存在するエネルギー状態の高い原子の全体に占める割合が大きくなり、原子の表面拡散が無視し得ないほど大きくなる。この結果、表面拡散に起因して、粒子相互の界面の延伸が起こり、金属の融点よりも低い温度で焼結が行われることを、融点降下という。
 一方、酸化銅粒子の粒子径の下限値は、1nmである。これ以上であると、分散剤の使用量を少なくでき、焼成処理が容易になるからである。
 なお、粒子径は、酸化銅粒子を還元処理することにより得られる金属銅の緻密性及び電気的特性の観点から定められる。さらには、焼成条件を樹脂基板の使用を考慮すると、基板に与えるダメージを低減する観点から、より低温化する必要があるため、より粒子径が小さいことが好ましい。一次粒子径が50nm以下の場合、後述する焼成処理において条件をより基板にダメージを与えないよう投入エネルギーを低減できる傾向にある。
 また、第2の実施の形態に係る分散体において、銅粒子の粒子径の上限値は、100μmである。これ以下であると、クラック発生抑制効果が高く、且つ、銅粒子の間にナノメートルオーダーの酸化銅の超微粒子が入り込み、結合剤として働きやすくなるからである。
 一方、銅粒子の平均粒子径の下限値は、0.1μmである。これにより、銅粒子自体の機械的強度が小さくなることを防止できる。
 また、第2の実施の形態に係る分散体は、比較的大きな銅粒子を含み、且つ、分散剤を含む。分散剤としては、酸化銅粒子を分散可能であれば、制限なく使用可能であるが、リン酸基を有する有機化合物であることが好ましい。このため、比較的小さい酸化銅粒子を含んでいるにも関わらず、凝集しにくく、スクリーン印刷法に好適に用いることができる。スクリーン印刷法に用いられる印刷装置の、インクの貯留容器からスクリーンへの供給経路、又は、スクリーンメッシュなどに、凝集した粒子が詰まってしまうことを防止することができる。また、第2の実施の形態に係る分散体は、高濃度で経時的変化に対して優れた分散安定性を示すため、長期間保管後でもスクリーン印刷が可能である。
 スクリーン印刷は、例えば、100μmの比較的幅が広いラインパターンであり、また、膜厚が比較的厚い塗膜を形成可能であり、大きな電気を流すことできる導電膜の形成に適している。第2の実施の形態に係る分散体は、現在、高価な銀インクが用いられている用途において、好適に用いることができる。また、銀インクを用いたスクリーン印刷装置が普及しているが、既存のスクリーン印刷装置を使用できるので、銀インクから銅インクへの代替を容易に行える。
 また、第2の実施の形態に係る分散体を、スクリーン印刷で基板上に塗布したとき、比較的大きな銅粒子を含んでいるため、塗膜が嵩高になり、その結果、膜厚が比較的厚い塗膜を形成することができる。
 銅を用いた分散体を、スクリーン印刷して塗膜を形成できることは、上述のように厚い塗膜を形成でき、結果として、厚膜(例えば、1μm以上100μm以下)の導電膜を形成できることにつながる。このような膜厚の導電膜を備えた導電性基板は、導電性が高いので、透明導電膜、電磁波シールド等の用途に適している。第2の実施の形態の分散体によれば、銀を銅に置き換え、これらの製品のコストを大幅に削減できるようになる。
 なお、第2の実施の形態において、印刷とは、インク(本発明の分散体の一態様)により媒体に所望のパターン(一般的には、文字、画像、模様などを含む)を構成することを指し、塗布に包含される概念である。
 また、第2の実施の形態に係る分散体は、焼成操作によって、ハンダ付け性を悪化させる分散媒等の有機成分が分解するため、分散体を用いて得られる導電膜に対するハンダのぬれ性が高くなり、ハンダ付けが容易である。
 また、第2の実施の形態の分散体は、銅粒子が、一方向に伸長した形状、樹枝状または扁平な形状を有することが好ましい。また、第2の実施の形態の分散体は、樹枝状の形状を有する銅粒子を少なくとも含むことがより好ましい。これにより、特定形状を有する銅粒子は、例えば、球状、正多面体状のアスペクト比の小さい粒子と比較して、互いに絡まり合ったり、整列したり、しやすい。このため、粒子同士の接点を多く確保でき、塗膜を焼成処理により焼結すると、強固な機械的構造を形成し、得られた導電膜では、クラックが発生するのが抑制される。
 第2の実施の形態に係る分散体において、酸化銅粒子の質量に対する有機化合物の質量比が0.0050以上0.30以下であることが好ましい。分散剤としてのリン酸基を有する有機化合物がこの範囲にあることにより、酸化銅の凝集を抑制して、分散安定性が向上する。
<第3の実施の形態>
 また、本発明者らは、鋭意検討した結果、酸化銅粒子と、特定の粒形を有する銅粒子と、を含む分散体を用いることにより、焼結時に発生するクラック及び経時的に発生するクラックの両方を抑制し、抵抗率が低く且つ抵抗率の経時的安定性に優れた導電膜が得られることがわかった。
 また、上述の分散体は、超微粒子を高い濃度で含有しているにもかかわらず凝集しにくいことがわかった。このため、スクリーン印刷法にも適用可能であり、印刷性に優れていることがわかった。しかも、上述の分散体は、高い濃度で経時的変化に対して優れた分散安定性を示し、長期間保管後でもスクリーン印刷が可能であることもわかった。
 さらに、上述の分散体は、スクリーン印刷を用いることで、比較的厚膜で塗膜を形成できるため、得られた導電膜で大量の電流を導通できることがわかった。
 また、上述の分散体を用いた導電膜に対するハンダ付け性が良好であることがわかった。
 本発明者らは、このような新たな見地に基づいて、本発明を完成するに至った。すなわち、第3の実施の形態に係る分散体は、酸化銅と、一方向に伸長した形状、樹枝状又は扁平な形状を有する銅粒子(以下、特定形状を有する銅粒子とも記載する)の少なくとも1種と、を含むことを特徴とする。
 粒子の形状が、一方向に伸長した形状であるとは、以下のように説明することができる。まず、ここで、形状とは一次粒子の形状である。次に、粒子の伸長方向を縦方向とし、縦方向の最大値を長さ(L)とする。縦方向に直交する向きを幅方向とし、幅方向の最大値を幅(W)とする。粒子の幅(W)に対する長さ(L)の比をアスペクト比と定義する。アスペクト比が1を超える形状を一方向に伸長した形状であると言える。
 一方向に伸長した形状は、具体的には、針状、柱状、糸状、紐状、針金状、棒状、紡錘状などが挙げられる。ここで、針状と柱状との違いは、形状の違いではなく、粒子の大きさによる。すなわち、同じような形状であっても、幅(W)が比較的長いものを柱状、幅(W)が短いものを針状と呼ぶ。
 一方向に伸長した形状とは、粒子の伸長方向に沿って断面の大きさが一定である場合に限らず、他の部分に比べて大きかったり、小さかったりする部分が存在してもよい。この場合の幅(W)は、その粒子を体積が等しい円柱とみなしたときの当該円柱の底面の直径とする。
 また、粒子の断面の形状は、特に限定されないが、円、三角形、四角形、それ以上の多角形、曲線や直線で結ばれた形状であってもよい。
 また、粒子は、伸長方向に真っ直ぐに伸びたものに限らず、曲がりながら伸びている形状であってもよい。この場合、粒子の形状は、毛状、糸状、紐状、針金状等と呼ばれる。
 粒子の形状が、一方向に伸長した形状であると、粒子を整列しやすくなり、粒子間の接点を多く確保できる。この観点から、粒子のアスペクト比は、3以上であることが好ましい。
 また、第3の実施の形態において、樹枝状とは、次のように説明することができる。まず、ここで、形状とは一次粒子の形状である。次に、樹枝状の形状は、上述の一方向に伸長した形状を有する主幹と、その主幹から分岐した、少なくとも1つの枝と、で構成される。この形状は、デンドライト状とも呼ばれている。
 粒子の形状が、樹枝状の形状であると、粒子を整列しやすくなり、粒子間の接点を多く確保できる。また、樹枝状の形状であると、3次元的に粒子同士が絡み合うことができる。これらの観点から、当該粒子の主幹のアスペクト比は、3以上であることが好ましい。また、枝の数は、特に限定されないが、2以上であることが好ましく、3以上であることが特に好ましい。なお、主幹のアスペクト比は、上述の一方向に伸長した形状を有する粒子で説明したものと同一である。
 また、第3の実施の形態において、扁平な形状とは、次のように説明することができる。まず、ここで、形状とは一次粒子の形状である。次に、扁平な形状とは、平面又は曲面をなした主面を有する形状である。当該主面の最大の長さ(a)を縦とし、縦(a)と直交する最大の長さ(b)を横とする。当該粒子の厚さ(c)に対する主面の縦(a)の長さの比をアスペクト比と定義する。アスペクト比が3を超える形状を、扁平な形状であると言える。
 扁平な形状は、具体的には、板状、葉片状、鱗片状(フレーク状ともいう)などが挙げられる。ここで、板状と、葉片状と、鱗片状との違いは、形状の違いではなく、粒子の大きさによる。すなわち、同じような形状であっても、厚さ(c)が比較的厚いものを板状、より薄いものを葉片状、さらに薄いものを鱗片状と呼ぶ。
 粒子の形状が、扁平な形状であると、粒子を整列しやすくなり、粒子間の接点を多く確保できる。この観点から、当該粒子のアスペクト比は、5以上であることが好ましい。
 第3の実施の形態に係る分散体において、樹枝状の形状を有する銅粒子を少なくとも含むことがより好ましい。
 第3の実施の形態に係る分散体によれば、特定形状を有する銅粒子は、例えば、球状、正多面体状のアスペクト比の小さい粒子と比較して、互いに絡まり合ったり、整列したり、しやすい。このため、粒子同士の接点を多く確保できる。
 このため、塗膜を、焼成処理により焼結すると、強固な機械的構造を形成する。そして、銅粒子の間に酸化銅粒子が存在しているので、焼成処理により還元して金属銅に変化すると共に焼結し、銅粒子と一体化し、電気的導通を生じるようになる。言い換えれば、酸化銅粒子は、銅粒子に対して結合剤として作用する。したがって、得られた導電膜では、焼結時の急激な歪及び残留歪によってクラックが発生するのが抑制される。また、銅粒子と還元された銅酸化物粒子とが導体としてのパスを形成し、抵抗率を低くできる。この結果、抵抗率が低く、且つ、抵抗率の経時的安定性が高い導電膜を得ることができる。
 第3の実施の形態に係る分散体は、特定形状を有する銅粒子を含んでいる。このため、分散体が凝集しにくく、スクリーン印刷法に好適に用いることができる。スクリーン印刷法に用いられる印刷装置の、インクの貯留容器からスクリーンへの供給経路、又は、スクリーンメッシュなどに、凝集した粒子が詰まってしまうことを防止することができる。
 第3の実施の形態に係る分散体は、現在、高価な銀インクが用いられている用途において、好適に用いることができる。また、銀インクを用いたスクリーン印刷装置が普及しているが、既存のスクリーン印刷装置を使用できるので、銀インクから銅インクへの代替を容易に行える。
 また、第3の実施の形態に係る分散体を、スクリーン印刷で基板上に塗布したとき、特定形状を有する銅粒子を含んでいるため、塗膜が嵩高になり、その結果、膜厚が比較的厚い塗膜を形成することができる。
 このような膜厚の導電膜を備えた導電性基板は、導電性が高いので、透明導電膜、電磁波シールド等の用途に適している。第3の実施の形態の分散体によれば、銀を銅に置き換え、これらの製品のコストを大幅に削減できるようになる。
 また、第3の実施の形態に係る分散体は、特定形状を有する銅粒子を含んでいるため、凝集しにくく、高濃度で経時的変化に対して優れた分散安定性を示す。このため、長期間保管後でもスクリーン印刷が可能である。
 また、第3の実施の形態に係る分散体は、焼成操作によって、ハンダ付け性を悪化させる分散媒等の有機成分が分解するため、分散体を用いて得られる導電膜に対するハンダのぬれ性が高くなり、ハンダ付けが容易である。
 特に、第3の実施の形態に係る分散体において、樹枝状の形状を有する銅粒子を含む場合、上述のような効果が高まり、最適である。
 図1は、第3の実施の形態に係る分散体を基板に塗布し、焼成処理する前の、酸化銅及び樹枝状の形状を有する銅粒子の状態を示す模式図である。図1に示すように、焼成前の塗膜1において、複数の、樹枝状の形状を有する銅粒子5は、互いに絡まり合ったり、整列したり、している。このため、銅粒子5同士は、複数の接点Xで接触している。そして、これらの銅粒子5の間に、粒子径が小さい酸化銅粒子2が入り込んでいる。
 樹枝状の形状を有する銅粒子5は、主幹5aから分岐した枝5bで互いに接触するため、枝が無い、一方向に伸長した形状を有する銅粒子に比べて、接点Xが多くなる。この結果、分散体及び塗膜1の中で、銅粒子5は、より分散しやすく、凝集しにくくなる。この結果、上述のような効果がより顕著に発揮される。
 また、第3の実施の形態の分散体は、銅粒子が、粒子径が0.1μm以上100μm以下であることが好ましく、0.5μm以上50μm以下がさらに好ましく、1.0μm以上10μm以下が特に好ましい。これにより、クラック発生抑制効果が高く、且つ、銅粒子の間にナノメートルオーダーの酸化銅の超微粒子が入り込み、結合剤として働き易くなる。また、銅粒子自体の機械的強度が小さくなることを防止できる。
 また、第3の実施の形態の分散体は、酸化銅は、粒子径が1nm以上50nm以下であることが好ましい。これにより、焼結が容易であると共に、銅粒子の間に入りやすいため、結合剤として作用し易い。また、分散剤の使用量を少なくでき、焼成処理が容易になる。
 このように、マイクロメートルオーダーの粒子径を有する銅粒子と、ナノメートルオーダーの酸化銅粒子とを含む分散体を用いた塗膜を、焼成処理により焼結すると、銅粒子同士が結合し、強固な機械的構造を形成する。
<その他の態様>
 また、上記第2及び第3の実施の形態の分散体においては、酸化銅粒子の質量に対する銅粒子の質量比が0.5以上10以下であることが好ましい。また、酸化銅粒子の質量に対する銅粒子の質量比が1.0以上7.0以下であることがより好ましい。また、酸化銅粒子の質量に対する銅粒子の質量比が1.5以上6.0以下であることがさらに好ましい。銅粒子質量比率がこの範囲内であれば、酸化銅が豊富に存在するため、還元されて得られる銅粒子同士の接合が充分になる。このため、焼成後の導電膜の機械的強度が高くなる。また、還元されて得られる銅粒子によるクラック抑制効果が充分に発揮される。
 また、上記第2及び第3の実施の形態の分散体においては、還元剤を含み、酸化銅の質量に対する還元剤の質量比が0.0001以上0.10以下であることが好ましい。還元剤の質量比を規定することにより、分散安定性が向上し、かつ銅膜の抵抗が低下すると共に、分散体の長期安定性が向上する。また、クラック発生抑制効果が高く、且つ、銅粒子の間にナノメートルオーダーの酸化銅の超微粒子が入り込み、結合剤として働き易くなる。また、銅粒子自体の機械的強度が小さくなることを防止できる。比較的大きな銅粒子を含み、且つ、分散剤としてリン酸基を有する有機化合物を含むため、比較的小さい酸化銅粒子を含んでいるにも関わらず、凝集し難い。
 また、上記第1-第3の実施の形態においては、還元剤を含み、還元剤は、ヒドラジン、ヒドラジン水和物、ナトリウム、カーボン、ヨウ化カリウム、シュウ酸、硫化鉄(II)、チオ硫酸ナトリウム、アスコルビン酸、塩化スズ(II)、水素化ジイソブチルアルミニウム、蟻酸、水素化ホウ酸ナトリウム、亜硫酸塩の群から選ばれる少なくとも1つを含むことが好ましい。これにより、酸化銅の分散安定性が向上するとともに、導電膜の抵抗が低下する。
 また、還元剤は、ヒドラジンまたはヒドラジン水和物であることが特に好ましい。分散体の還元剤としてヒドラジンまたはヒドラジン水和物を用いることにより、酸化銅の分散安定性がより向上するとともに、焼成において酸化銅の還元に寄与し、導電膜の抵抗がより低下する。また、反転印刷において、分散体の乾燥速度をコントロールできる。また、高精細(例えば、0.1~5μm)の線幅の銅線を形成でき、特に5μm以下の線幅の銅線は、人の目に見えなくなるため、透明導電性フィルムとして好適である。
 また、第1-第3の実施の形態においては、酸化銅は、酸化第一銅であることが好ましい。これにより、酸化銅の還元が容易になり、還元により生じた銅を容易に焼結することができる。
 また、第1-第3の実施の形態においては、さらに分散媒を含み、分散媒が、テルピネオール、γーブチロラクトン、シクロヘキサノン、エタノール、プロピレングリコール、ブタノール、プロパノール、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート及びテトラリンからなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましい。これらの分散媒は、還元作用を有していてもよいが、分散体に上記の還元剤が含まれている場合は、分散媒として機能する。
 また、第1-第3の実施の形態においては、さらに分散媒を含み、分散媒を2種類以上含むことが好ましい。
<導電性パターン付構造体>
 導電性パターン付構造体は、基板と、基板の表面に形成された導電性パターンと、を具備し、導電性パターンは線幅1μm以上、1000μm以下の配線であり、還元銅、リン及びボイドを含むことを特徴とする。この構成により、後述するように所望の形状の基板に、良好な形状の配線を形成できる。
 導電性パターン付構造体は、基板と、基板の表面に形成された導電性パターンと、を具備し、導電性パターンは線幅1μm以上、1000μm以下の配線であり、配線は還元銅、銅及びスズを含むことを特徴とする。
 また、導電性パターン付構造体は、基板と、基板の表面に形成された酸化第一銅含有層と、酸化第一銅含有層の表面に形成された導電性層と、を具備し、導電性層は線幅1μm以上、1000μm以下の配線であり、配線は還元銅を含むことを特徴とする。
 また、導電性パターン付構造体は、基板と、基板の表面に形成された酸化第一銅含有層と、酸化第一銅含有層の表面に形成された導電性層と、を具備し、導電性層は線幅1μm以上、1000μm以下の配線であり、配線は還元銅、銅及びスズを含むことを特徴とする。酸化第一銅含有層とは、銅と酸素の比Cu/Oが0.5以上3.0以下である層である。導電性パターン付構造体の断面をEDX法によって分析することにより、酸化第一銅含有層におけるCu/Oは定量可能である。
 導電性パターン付構造体においては、配線がアンテナとして利用できることが好ましい。この構成により、良好な形状のアンテナを形成できる。
 導電性パターン付構造体においては、導電性層または導電性パターンの表面の一部にハンダ層が形成されていることが好ましい。導電性パターンは、上記の分散体の酸化銅が焼成して形成されているため、焼成工程で、有機バインダが分解されている。このため、導電性パターンにおいて、ハンダのぬれ性が高くなっており、ハンダ層を容易に形成できることから、上記の分散体を用いずに形成された導電性パターンと比べて、導電性パターンにおける電子部品のハンダ付けが容易である。
 また、導電性パターン付構造体は、基板と、基板の表面に形成された導電性パターンと、を具備し、導電性パターンは線幅1μm以上、1000μm以下の配線であり、還元銅、酸化銅及びリンを含み、配線を覆うように樹脂が配置されていることを特徴とする。
(導電性パターン付構造体の構成)
 第1-第3の実施の形態に係る分散体を用いた際、焼成の方法により、2種類の導電性パターン付構造体を得ることができる。図2は、本実施の形態に係る導電性パターン付構造体を示す断面模式図である。基板上に上記の分散体で塗膜を形成し、分散体の酸化銅粒子をレーザ照射で焼成することで、図2Aの導電性パターン付構造体を得ることができる。基板上に分散体で所望のパターンを印刷し、これをプラズマで焼成することで、図2Bの導電性パターン付構造体を得ることができる。
 図2Aに示すように、導電性パターン付構造体10は、基板11と、基板11が構成する面上に、断面視において、酸化銅及びリン含有有機物を含む絶縁領域12と、酸化銅が焼成で還元された還元銅を含む導電性パターン領域13と、が互いに隣接して配置された表層14と、を具備していてもよい。導電性パターン領域13には、分散剤としてのリン含有有機物に由来するリン元素が含まれている。導電性パターン領域13は、分散体としての酸化銅インクを焼成することにより形成されるため、焼成の工程で分散体に含まれる有機バインダが分解され、得られる導電性パターン領域13において、ハンダのぬれ性が高くなる。よって、導電性パターン領域13の表面には、分散体を用いずに形成された導電性パターンと比べて、後述するハンダ層が容易に形成でき、電子部品のハンダ付けが容易である。
 図2Bに示すように、導電性パターン付構造体10は、基板11と、基板11が構成する面上に、断面視において、還元銅を含む導電性パターン領域13と、を具備していてもよい。導電性パターン領域13には、リン元素が含まれている。導電性パターン領域13は、分散体の焼成の工程で、分散体に含まれる有機バインダが効果的に分解されるため、導電性パターン領域13において、ハンダのぬれ性が効果的に高くなる。よって、導電性パターン領域13の表面には、ハンダ層がより容易に形成できる。
 また、導電性パターン領域13には、焼成の工程で、還元されなかった酸化銅粒子としての例えば酸化第一銅が一部含まれていてもよい。導電性パターン領域13には、第2及び第3の実施の形態の分散体の銅粒子が焼成された銅が含まれていてもよく、また、スズが含まれていてもよい。また、絶縁領域12及び導電性パターン領域13には、ボイドが含まれていてもよい。導電性パターン領域13にボイド(空壁)があることで、そこにハンダが入り込み、導電性パターン領域13とハンダ層との密着性が向上する。ちなみに、ハンダとはスズを含む金属をいう。
 また、表層14は、全体が均質であることを意味するものではなく、絶縁領域12と導電性パターン領域13との関係のように、電気導電性、粒子状態(焼成と未焼成)等に違いがあってもよいし、両者の間に境界(界面)が存在していてもよい。
 この場合、例えば、図2Cに示すように、導電性層18においては、基板11の表面に、焼成の工程で還元されなかった、酸化銅粒子としての例えば酸化第一銅が含まれる酸化第一銅含有層17が形成されていてもよい。酸化第一銅含有層17の表面には、酸化銅粒子が還元された還元銅を含む導電性層18が形成される。このように、酸化第一銅含有層17が形成されることで、基板11と導電性層18との密着性が向上するため、好ましい。酸化第一銅含有層17の層厚みは、基板11と導電性層18との密着性の観点から、0.005μm以上、8μm以下が好ましく、0.05μm以上、5μm以下がより好ましく、0.1μm以上、3μm以下が更により好ましく、0.2μm以上、1μm以下が特に好ましい。
 また、図2Dに示すように、導電性層18には、酸化銅粒子が還元された還元銅(Cu)とともに、第2及び第3の実施の形態の分散体の銅粒子が焼成された銅(Cu)が含まれていてもよい。また、導電性層18には、ボイドが含まれていてもよい。導電性層18にボイドがあることで、ハンダに含まれるスズ(Sn)がボイドに入り込む。これにより、導電性層18とハンダ層との密着性が向上する。さらに、銅(Cu)の周辺に、還元銅(Cu)があることで、導電性層18とスズ(Sn)との密着性がさらに増す。このときの還元銅(Cu)の粒子径は、5~20nmであることが好ましい。
 また、導電性パターン領域13及び導電性層18に含まれる銅のグレインサイズは、0.1μm以上100μm以下であることが好ましく、0.5μm以上50μm以下がさらに好ましく、1.0μm以上10μm以下が特に好ましい。ここで、グレインサイズとは、焼成した後の金属の大きさのことを言う。これにより、導電性パターン領域13及び導電性層18とハンダ層の密着性が高くなる。
 また、導電性パターン領域13及び導電性層18の表面の表面粗さは、500nm以上4000nm以下であることが好ましく、750nm以上3000nm以下であることがより好ましく、1000nm以上2000nm以下であることが更により好ましい。これにより、導電性パターン領域13及び導電性層18にハンダ層がのりやすく、導電性パターン領域13及び導電性層18とハンダ層との密着性が高くなる。
 図2のように導電性パターン領域13または導電性層18を形成することにより、線幅が0.1μm以上、1cm以下の配線を描くことができ、銅配線またはアンテナとして利用できる。上記の分散体に含まれる酸化銅粒子のナノ粒子の特長をいかし、導電性パターン領域13または導電性層18の線幅は、0.5μm以上、10000μm以下であることがより好ましく、1μm以上、1000μm以下であることが更に好ましく、1μm以上、500μm以下であることが更により好ましく、1μm以上、100μm以下であることが一層より好ましく、1μm以上、5μm以下が特に好ましい。線幅が5μm以下だと、配線としての導電性パターン領域13または導電性層18の視認ができなくなるため、意匠性の観点から好ましい。
 また、導電性パターンはメッシュ形状に形成されていてもよい。メッシュ状とは格子状の配線のことで、透過率が高くなり、透明になるため好ましい。
 本実施の形態で用いられる基板は、塗膜を形成する表面を有するものであって、板形状を有していてもよく、立体物であってもよい。本実施の形態においては、立体物が構成する曲面又は段差等を含む面に導電性パターンを形成することもできる。本実施の形態における基板は、配線パターンを形成するための回路基板シートの基板材料、または配線付き筐体の筐体材料等を意味する。
 また、表層14または導電性パターン領域13を覆うようにして光線透過性の樹脂層(不図示)が設けられていてもよい。樹脂層は、後述の導電性パターン付構造体10の製造方法において、光照射の際に塗膜が酸素に触れるのを防止し、酸化銅の還元を促進できる。これにより、光照射のときに塗膜の周囲を無酸素又は低酸素雰囲気にする、例えば、真空雰囲気又は不活性ガス雰囲気のための設備が不要になり、製造コストを削減できる。また、樹脂層は、光照射の熱等によって導電性パターン領域13が剥離又は飛散するのを防止できる。これにより、導電性パターン付構造体10を歩留まりよく製造できる。
<導電性パターン付構造体の製造方法>
 導電性パターン付構造体の製造方法は、上記の分散体を、基板上に塗布して塗膜を形成する工程と、塗膜にレーザ光を照射し、基板上に導電性パターンを形成する工程と、を具備することを特徴とする。焼成をレーザ照射で行うことにより、分散体の銅粒子の焼成と、導電性パターンの形成を一度に行うことができる。
 また、導電性パターン付構造体の製造方法は、上記の分散体を所望のパターンで基板上に塗布して、塗膜を形成する工程と、塗膜を焼成処理して、基板上に導電性パターンを形成する工程と、を具備することを特徴とする。
 このとき、焼成処理は、還元性ガスを含む雰囲気下でプラズマを発生させて行うことが好ましい。また、焼成処理は、光照射法により行うことが好ましい。また、焼成処理は、100℃以上の熱で塗膜を加熱することにより行うことが好ましい。
[導電膜(導電性パターン)形成方法]
 本実施の形態の導電膜の形成方法は、塗膜における酸化銅を還元し銅を生成させ、これ自体の融着、及び分散体としての酸化銅インクに加えられている銅粒子との融着、一体化、により導電膜(銅膜)を形成するものである。この工程を焼成と呼ぶ。従って、酸化銅の還元と融着、銅粒子との一体化による導電膜の形成ができる方法であれば特に制限はない。本実施の形態の導電膜の形成方法における焼成は、例えば、焼成炉で行ってもよいし、プラズマ、赤外線、フラッシュランプ、レーザなどを単独もしくは組み合わせて用いて行ってもよい。焼成後には、導電膜の一部に、後述するハンダ層の形成が可能となる。
 図3を参照して、本実施の形態に係る焼成にレーザ照射を用いた場合の導電性パターン付構造体の製造方法について、より具体的に説明する。図3は、本実施の形態に係る導電性パターン付構造体の製造方法において焼成にレーザ照射を用いた場合の各工程を示す説明図である。図3中(a)において、水、プロピレングリコール(PG)の混合溶媒中に酢酸銅を溶かし、ヒドラジンを加えて攪拌する。
 次に、図3中(b)、(c)において、遠心分離で上澄みと沈殿物に分離した。次に、図3中(d)において、得られた沈殿物に、分散剤及びアルコールを加え、分散する。
 次いで、図3中(e)、(f)において、UF膜モジュールによる濃縮及び希釈を繰り返し、溶媒を置換し、酸化銅を含有する分散体I(酸化銅インク)を得る。
 図3中(g)、(h)において、分散体Iをスプレーコート法により例えばPET製の基板(図3(h)中、「PET」と記載する)上に塗布し、酸化銅及びリン含有有機物を含む塗布層(塗膜)(図3(h)中、「CuO」と記載する)を形成する。
 次に、図3中(i)において、塗布層に対して、例えばレーザ照射を行い、塗布層の一部を選択的に焼成し、酸化銅を銅(図3(i)中、「Cu」と記載する)に還元する。この結果、図3中(j)において、基板上に、酸化銅及びリン含有有機物を含む絶縁領域(図3(j)中、「A」と記載する)と、銅及びリン元素を含む導電膜(導電性パターン)領域(図3(j)中、「B」と記載する)と、が互いに隣接して配置された表層が形成された導電性パターン付構造体が得られる。導電性パターン領域は、配線として利用できる。
 また、導電性パターン領域には、焼成の工程で、還元されなかった酸化銅粒子としての例えば酸化第一銅が含まれていてもよい。絶縁領域及び導電性パターン領域には、第2及び第3の実施の形態の分散体の銅粒子が焼成された銅が含まれていてもよく、スズが含まれていてもよい。また、絶縁領域及び導電性パターン領域には、ボイドが含まれていてもよい。導電性パターン領域にボイドがあることで、そこにハンダが入り込み、導電性パターン領域とハンダ層との密着性が向上する。
 また、表層は、全体が均質であることを意味するものではなく、絶縁領域と導電性パターン領域との関係のように、電気導電性、粒子状態(焼成と未焼成)等に違いがあってもよいし、両者の間に境界(界面)が存在していてもよい。基板と表層の間に、還元されなかった酸化銅の層が形成されることで、基板と表層との密着性が向上するため、好ましい。
 このように、焼成をレーザ照射で行うことにより、分散体の銅粒子の焼成と、導電性パターン領域の形成を一度に行うことができる。また、銅粒子の焼成により、分散体に含まれる有機バインダが分解されるため、得られた導電性パターンにおいて、ハンダのぬれ性が高くなる。
 次に、図4を参照して、本実施の形態に係る焼成にプラズマを用いた場合の導電性パターン付構造体の製造方法について、より具体的に説明する。図4は、本実施の形態に係る導電性パターン付構造体の製造方法において焼成にプラズマを用いた場合の各工程を示す説明図である。図4中(a)-(f)の工程については、図3と同様である。
 図4中(g)、(k)において、例えばPET製の基板上に、分散体Iを、例えば、インクジェット印刷により所望のパターンで印刷し、酸化銅及びリン含有有機物を含む塗布層(図3(k)中、「CuO」と記載する)を形成する。
 次に、図4中(k)において、塗布層に対して、例えばプラズマ照射を行い、塗布層を焼成し、酸化銅を銅に還元する。この結果、図4中(l)において、基板上に、銅及びリン元素を含む導電性パターン領域(図4(l)中、「B」と記載する)が形成された導電性基板が得られる。
 このように、焼成をプラズマ照射で行うことにより、インクジェット印刷等で所望のパターンで印刷した分散体の銅粒子の焼成を行うことができる。また、分散体に含まれる有機バインダが効果的に分解されるため、得られた導電性パターンにおいて、ハンダのぬれ性が効果的に高くなる。
(分散体による基板への塗膜の形成方法)
 また、導電性パターン付構造体の製造方法においては、所望のパターンの形成は、分散体を、エアロゾル法によって塗布することにより行われることが好ましく、また、分散体を、スクリーン印刷によって塗布することにより行われることが好ましい。第1-第3の形態に係る分散体は、粘度及び流動特性がスクリーン印刷に適しているので、スクリーン印刷に好適に用いることができる。
 また、導電性パターン付構造体の製造方法においては、塗膜を、転写体に形成した後、転写体から基板に転写して、塗膜を基板上に形成することが好ましい。
 図5は、本実施の形態に係る転写体を用いた塗膜の形成方法を説明する図である。図6は、本実施の形態に係る転写体を用いた塗膜の形成方法の他の例を説明する図である。
 図5に示すように、分散体31を、所望のパターンで転写体30に転写する。そして、転写体30の分散体31が転写された面に、例えば円柱状の基板40(断面視円形状)を載置した後、基板40に押圧板50を被せる。押圧板50で基板40を転写体30に押圧しながら、基板40を転写体30上で回転させる。これにより、転写体30の分散体31が、基板40に転写される。
 このように、転写体30の分散体31が転写された面に、基板40を押圧する際に、転写体30と基板40は線接触する。このため、基板40の印刷面が、平面の場合だけでなく、湾曲面であったり、印刷面に起伏がある場合であっても、精細な印刷が可能となる。
 また、図6Aに示すように、分散体31を、所望のパターンで転写体30に転写する。そして、転写体30を基板40に押圧しながら、転写体30を印刷方向に、基板40に対して相対的に移動させることによって、図6Bに示すように、転写体30の分散体31を基板40に転写してもよい。転写体30は、図5に示すように板状であってもよいし、図6に示すように曲面を有していてもよい。このように、所定の押圧力で、転写体30から基板40に分散体31の転写が行われるので、基板40の印刷面が湾曲している場合であっても、良好な印刷が可能となる。
 また、導電性パターン付構造体の製造方法における所望のパターンの形成は、分散体を、転写体に塗布した後、転写体に凸部を接触させ、不要な分散体を取り除いて、転写体の表面に所望のパターンを形成する工程と、転写体の表面に基板を接触させることで、基板に所望のパターンを転写する工程と、を有することを特徴とすることが好ましい。
 図7を用いて、転写体への所望のパターンの形成方法について説明する。図7は、本実施の形態に係る転写体にパターンを形成する方法を説明する図である。
 図7に示すように、転写体30の表面に塗布された分散体31に、例えばモールドの凸部60を接触させることにより、凸部60が接触した部分の分散体を、転写体30の表面から取り除く。これにより、転写体30の表面に分散体31の所望のパターンが形成される。そして、この所望のパターンが形成された転写体30を基板40に接触させることにより、基板40に所望のパターンを転写できる(図3及び図4B参照)。分散体31の転写体30の表面への塗布方法は、分散体31を転写体30の表面に均一に塗布できれば、特に限定されない。
 また、導電性パターン付構造体は、導電性パターンがアンテナであることが好ましい。また、導電性パターンはメッシュ形状に形成されてもよい。また、導電性パターンは線幅1μm以上、1000μm以下であることが好ましい。
 また、導電性パターン付構造体の製造方法においては、さらに、導電性パターンの表面の一部にハンダ層を形成する工程を含むことが好ましい。銅の焼成工程で、塗膜に含まれる有機バインダが分解されるため、得られた導電性パターンの表面において、ハンダのぬれ性が高くなり、ハンダ層を容易に形成できる。
 また、導電性パターン付構造体の製造方法においては、リフロー法により、ハンダ層を介して電子部品を導電性パターン上にハンダ付けすることが好ましい。
 また、導電性パターン付構造体の製造方法において、還元性ガスを含む雰囲気下でプラズマを発生させるプラズマ焼成法又は光照射法により、焼成処理を行うことにで、構造体に耐熱性が低い材料を用いることが可能である。
 また、導電性パターン付構造体の製造方法において、焼成処理を行うことにより、酸化銅の還元、銅粒子の焼成だけでなく、分散体に含まれる有機物が分解されるため、抵抗率の上昇を防ぎ、また、導電膜の表面から有機物及び酸化膜を除去し、ハンダ付け性を改善できる。焼成処理によって、ハンダ付け性を悪化させる分散媒等の有機成分が分解するため、導電膜に対するハンダのぬれ性が高くなり、ハンダ付けが容易になる。よって、ハンダ付け性に優れた導電膜を備えた導電性パターン付構造体を得ることができる。導電膜の有機成分の分解には、特に、還元性ガスを含む雰囲気下でプラズマを発生させる焼成処理がより好ましい。
 次に、第1-第3の実施の形態に係る分散体の構成要素についてさらに詳細に説明する。
[分散体]
 次に、分散体としての酸化銅インクにおける酸化銅と分散剤の状態について、図8を用いて説明する。図8は、本実施の形態に係る酸化銅とリン酸エステル塩との関係を示す模式図である。
 図8に示すように、分散体1において、酸化銅の一例である酸化銅2の周囲には、分散剤としての例えばリン含有有機物の一例であるリン酸エステル塩3が、リン3aを内側に、エステル塩3bを外側にそれぞれ向けて取り囲んでいる。リン酸エステル塩3は電気絶縁性を示すため、隣接する酸化銅2との間の電気的導通は妨げられる。また、リン酸エステル塩3は、立体障害効果により分散体1の凝集を抑制する。
 したがって、酸化銅2は半導体であり導電性であるが、電気絶縁性を示すリン酸エステル塩3で覆われているので、分散体1は電気絶縁性を示し、断面視(図2中に示す上下方向に沿った断面)で、分散体1の両側に隣接する導電性パターン領域(後述)の間の絶縁を確保することができる。
 一方、導電性パターン領域は、酸化銅及びリン含有有機物を含む塗膜の一部の領域に光照射し、当該一部の領域において、酸化銅を銅に還元する。このように酸化銅が還元された銅を還元銅という。また、当該一部の領域において、リン含有有機物は、リン酸化物に変性する。リン酸化物では、上述のエステル塩3bのような有機物は、レーザなどの熱によって分解し、電気絶縁性を示さないようになる。
 また、図8に示すように、酸化銅2が用いられている場合、レーザなどの熱によって、酸化銅が還元銅に変化すると共に焼結し、隣接する酸化銅2同士が一体化する。これによって、優れた電気導電性を有する領域(以下、「導電性パターン領域」という)を形成することができる。
 導電性パターン領域において、還元銅の中にリン元素が残存している。リン元素は、リン元素単体、リン酸化物及びリン含有有機物のうち少なくとも1つとして存在している。このように残存するリン元素は導電性パターン領域中に偏析して存在しており、導電性パターン領域の抵抗が大きくなる恐れはない。
[酸化銅]
 本実施形態においては金属酸化物成分の一つとして酸化銅を用いる。酸化銅としては、酸化第一銅(CuO)が好ましい。これは、金属酸化物の中でも還元が容易で、さらに微粒子を用いることで焼結が容易であること、価格的にも銅であるがゆえに銀などの貴金属類と比較し安価で、マイグレーションに対し有利であるためである。
 本実施の形態に係る分散体は、平均二次粒子径が1nm以上500nm以下の酸化銅粒子を含む。
 酸化銅の平均二次粒子径は、特に制限されないが、好ましくは500nm以下、より好ましくは200nm以下、さらに好ましくは80nm以下である。酸化銅の平均二次粒子径は、好ましくは1nm以上、より好ましくは5nm以上、さらに好ましくは10nm以上、特に好ましくは15nm以上である。ここで、平均二次粒子径とは、一次粒子が複数個集まって形成される凝集体(二次粒子)の平均粒子径のことである。
 この平均二次粒子径が500nm以下であると、基板上に微細パターンを形成し易い傾向があるので好ましい。平均二次粒子径が1nm以上であれば、分散体としての酸化銅インクの長期保管安定性が向上するため好ましい。酸化銅の平均二次粒子径は、例えば大塚電子製FPAR-1000を用いてキュムラント法によって測定することができる。
 また、酸化銅の平均一次粒子径の好ましい範囲は、これを還元処理することにより得られる金属の緻密性、電気的特性の観点から、さらには焼成条件を樹脂基板の使用を考慮して基板に与えるダメージを低減する観点から、より低温化する必要がある。このため、好ましい平均一次粒子径は100nm以下であり、より好ましくは50nm以下、さらに好ましくは20nm以下である。平均一次粒子径が100nm以下の場合、後述する焼成処理において、基板にダメージを与えないよう投入エネルギーを低減できる。酸化第一銅の平均粒子一次径の下限値は特に制限はないが、取り扱いの容易性から1nm以上が好ましく、5nm以上がより好ましい。これにより、粒子径が小さ過ぎることから分散安定性を保つために分散剤使用量が増大することを抑えられるため、焼成処理が容易になる。平均一次粒子径は、透過型電子顕微鏡又は走査型電子顕微鏡によって測定することができる。平均一次粒子径は、例えば、透過型電子顕微鏡又は走査型電子顕微鏡によって測定できる。
 分散体における酸化銅は、プラズマ処理、100℃以上の熱処理、光処理により容易に還元され金属になり、これが焼結することにより導電性を得るが、さらに添加されている銅粒子に対し結合剤として働き一体化することで、低抵抗化、強度の向上に寄与するものである。なお、本実施の形態において、酸化第一銅粒子の平均粒小径は、後述する針金状、樹枝状、及び鱗片状の形状を有する銅粒子によるクラック防止効果には影響しない。
 酸化第一銅に関しては、市販品を用いてもよいし、合成して用いてもよい。市販品として、(株)希少金属材料研究所製の平均一次粒子径5~50nmのものがある。合成法としては、次の方法が挙げられる。
 (1)ポリオール溶剤中に、水と銅アセチルアセトナト錯体を加え、いったん有機銅化合物を加熱溶解させ、次に、反応に必要な水を後添加し、さらに昇温して有機銅の還元温度で加熱する加熱還元する方法。
 (2)有機銅化合物(銅-N-ニトロソフェニルヒドロキシアミン錯体)を、ヘキサデシルアミンなどの保護材存在下、不活性雰囲気中で、300℃程度の高温で加熱する方法。
 (3)水溶液に溶解した銅塩をヒドラジンで還元する方法。
 この中では(3)の方法は操作が簡便で、かつ、平均粒小径の小さい酸化第一銅が得られるので好ましい。
 得られた酸化第一銅は軟凝集体であるため、分散媒に分散させた酸化銅分散体を作製し、印刷、塗布に用いられる。合成終了後、合成溶液と酸化第一銅の分離を行うが、遠心分離などの既知の方法を用いればよい。また、得られた酸化第一銅を後述の分散剤、分散媒を加えホモジナイザーなど既知の方法で攪拌し分散する。分散媒によっては分散し難く分散が不充分な場合があるが、このような場合は一例として、分散しやすいアルコール類、例えばブタノールなどの分散媒を用い分散させた後、所望の分散媒への置換と所望の濃度への濃縮を行う。方法の一例としてUF膜による濃縮、所望の分散媒による希釈、濃縮を繰り返す方法が挙げられる。このようにして得られた酸化銅分散体は、後述の方法で銅粒子などと混合してもよく、本実施の形態の分散体とすることができる。この分散体が印刷、塗布に用いられる。
[銅粒子]
 第2の実施の形態に係る分散体は、粒子径が0.1μm以上100μm以下の銅粒子を含む。
 第3の実施の形態に係る分散体は、一方向に伸長した形状、樹枝状又は扁平な形状を有する銅粒子の少なくとも1種を含む。
 このように分散体に、銅粒子を用いるのは、酸化第一銅から還元されて得られる金属銅と同じ金属であることから、銅食われや金属間化合物の形成が問題にならないこと、及び、最終的に得られる導電性パターンの電気導電性が良好であり、且つ、機械的強度が充分であることが理由に挙げられる。
 なお、一方向に伸長した形状を有する粒子及び樹枝状の形状を有する粒子の平均粒子径は、レーザ回折散乱法を用いた粒度分布測定装置を用いて測定される平均粒径(メジアン径、質量基準、D50)である。また、扁平な形状を有する粒子の平均一次粒子径は、その主面を面積が等しい円とみなしたときの当該円の直径である。
 銅粒子の粒子径は、本実施の形態の範囲内において、パターンの形状及びサイズに従って、例えば、パターンが線で構成される場合はその太さ及びピッチに従って、決定すればよい。また、銅粒子の粒子径は、塗布膜の形成方法、すなわち、印刷方法又は塗布方法を考慮して決定すればよい。
 特にスクリーン印刷においては、分散体中に含まれる成分、特に銅粒子をスクリーンメッシュに目詰まりさせることなく、通過させることが重要であり、版のメッシュサイズを考慮して粒子径を選定する必要がある。粒子が大きすぎれば、スクリーンメッシュへの目詰まりが発生し、粒子が抜けることによるピンホールの発生、及び、塗布膜の表面の平滑性の悪化が問題となる。特に、塗布膜のパターンを細いラインで構成する場合、スクリーンにメッシュ数の大きいメッシュが使用され、その結果、開口部寸法が小さくなるため、目詰まりによるピンホール発生による断線の発生が問題になる。
 銅粒子は、金属銅のみで構成されている以外に、その表面を銅酸化物(酸化第一銅又は酸化第二銅)、若しくは、銀又は銀酸化物などの異種金属又はその酸化物で被覆したものを用いてもよく、これらを用いてもクラック発生を抑制する効果は充分発揮される。すなわち、銅粒子の表面を、銅酸化物又は銀酸化物等で被覆しても、焼成時に容易に還元されるため、導電膜の導通性を保つことができる。
 本実施の形態に係る銅粒子としては、市販のものを用いてもよいし、合成して用いてもよい。
 市販品として、例えば、一方向に伸長した形状の銅粒子として三井金属鉱業株式会社製の電解銅粉EAZ-2T、樹枝状銅粒子として三井金属鉱業株式会社製の電解銅粉EAX-2、扁平な形状を有する銅粒子として三井金属鉱業株式会社製の1400YPを挙げることができる。
[銅粒子質量比率]
 第2及び第3の実施の形態に係る分散体において、酸化銅粒子の質量に対する銅粒子の質量比(以下、銅粒子質量比率と記載する)が、0.5以上10以下であることが好ましく、1.0以上7.0以下であることがより好ましく、1.5以上6.0以下がさらに好ましく、2.0以上5.0以下が特に好ましい。銅粒子質量比率がこの範囲内であれば、酸化第一銅が豊富に存在するため、還元されて得られる銅粒子同士の接合が充分になるため、焼成後の導電膜の機械的強度が高くなる。また、還元されて得られる銅粒子によるクラック抑制効果が充分に発揮される。
 分散体が他の金属粒子を含む場合は銅粒子との合計で、他の金属酸化物粒子を含む場合は酸化銅との合計で、銅粒子質量比率をそれぞれ決定する。
[分散剤]
 次に分散剤について説明する。分散剤としては、例えば、リン含有有機物が挙げられる。リン含有有機物は酸化銅に吸着してもよく、この場合立体障害効果により凝集を抑制する。また、リン含有有機物は、絶縁領域において電気絶縁性を示す材料である。リン含有有機物は、単一分子であってよいし、複数種類の分子の混合物でもよい。
 また、分散剤の酸価は、20以上、130以下であることが好ましい。これにより、分散剤の酸価の範囲を限定することで、分散体の分散安定性が効果的に向上する。
 また、分散体において、酸化銅粒子の質量に対する有機化合物の質量比が0.0050以上0.30以下であることが好ましい。
 分散剤の数平均分子量は、特に制限はないが、好ましくは300以上、より好ましくは500以上、さらに好ましくは1000以上である。分散剤の数平均分子量は、特に制限はないが、好ましく30000以下、より好ましくは20000以下、さらに好ましくは10000以下である。300以上であると、絶縁性に優れ、得られる分散体の分散安定性が増す傾向があり、30000以下であると、焼成しやすい。また、構造としては酸化銅に親和性のある基を有する高分子量共重合物のリン酸エステルが好ましい。例えば、化学式(1)の構造は、酸化銅、特に酸化第一銅と吸着し、また基板への密着性にも優れるため、好ましい。
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 リン含有有機物は、光や熱によって分解又は蒸発しやすいものであることが好ましい。光や熱によって分解又は蒸発しやすい有機物を用いることによって、焼成後に有機物の残渣が残りにくくなり、抵抗率の低い導電性パターン領域を得ることができる。
 リン含有有機物の分解温度は、限定されないが、600℃以下であることが好ましく、400℃以下であることがより好ましく、200℃以下であることがさらに好ましい。リン含有有機物の沸点は、限定されないが、300℃以下であることが好ましく、200℃以下であることがより好ましく、150℃以下であることがさらに好ましい。
 リン含有有機物の吸収特性は、限定されないが、焼成に用いる光を吸収できることが好ましい。例えば、焼成のための光源としてレーザ光を用いる場合は、その発光波長の、例えば355nm、405nm、445nm、450nm、532nm、1056nmなどの光を吸収するリン含有有機物を用いることが好ましい。基板が樹脂の場合、特に好ましくは、355nm、405nm、445nm、450nmの波長である。
 分散剤としては公知のものを用いることができ、例えば、長鎖ポリアミノアマイドと極性酸エステルの塩、不飽和ポリカルボン酸ポリアミノアマイド、ポリアミノアマイドのポリカルボン酸塩、長鎖ポリアミノアマイドと酸ポリマーの塩などの塩基性基を有する高分子が挙げられる。また、アクリル系ポリマー、アクリル系共重合物、変性ポリエステル酸、ポリエーテルエステル酸、ポリエーテル系カルボン酸、ポリカルボン酸などの高分子のアルキルアンモニウム塩、アミン塩、アミドアミン塩などが挙げられる。このような分散剤としては、市販されているものを使用することもできる。
 上記市販品としては、例えば、DISPERBYK(登録商標)―101、DISPERBYK―102、DISPERBYK-110、DISPERBYK―111、DISPERBYK―112、DISPERBYK-118、DISPERBYK―130、DISPERBYK―140、DISPERBYK-142、DISPERBYK―145、DISPERBYK―160、DISPERBYK―161、DISPERBYK―162、DISPERBYK―163、DISPERBYK―2155、DISPERBYK―2163、DISPERBYK―2164、DISPERBYK―180、DISPERBYK―2000、DISPERBYK―2025、DISPERBYK―2163、DISPERBYK―2164、BYK―9076、BYK―9077、TERRA-204、TERRA-U(以上ビックケミー社製)、フローレンDOPA-15B、フローレンDOPA-15BHFS、フローレンDOPA-22、フローレンDOPA-33、フローレンDOPA-44、フローレンDOPA-17HF、フローレンTG-662C、フローレンKTG-2400(以上共栄社化学社製)、ED-117、ED-118、ED-212、ED-213、ED-214、ED-216、ED-350、ED-360(以上楠本化成社製)、プライサーフM208F、プライサーフDBS(以上第一工業製薬製)などを挙げることができる。これらは単独で用いてもよいし、複数を混合して用いてもよい。
 分散剤の必要量は、酸化銅の量に比例し、要求される分散安定性を考慮し調整する。本実施形態の分散体に含まれる分散剤の質量比率(分散剤質量/酸化銅質量)は、0.0050以上0.30以下であり、好ましくは0.050以上0.25以下であり、より好ましくは0.10以上0.23以下である。分散剤の量は分散安定性に影響し、量が少ないと凝集しやすく、多いと分散安定性が向上する傾向がある。但し、本実施形態の分散体における分散剤の含有率を35質量%以下にすると、焼成して得られる導電膜において分散剤由来の残渣の影響を抑え、導電性を向上できる。
 分散剤の酸価(mgKOH/g)は20以上、130以下が好ましい。より好ましくは30以上、100以下が好ましい。この範囲に入ると分散安定性に優れるため好ましい。特に平均粒子径が小さい酸化銅の場合に有効である。具体的には、ビックケミ―社製「DISPERBYK―102」(酸価101)、「DISPERBYK-140」(酸価73)、「DISPERBYK-142」(酸価46)、「DISPERBYK-145」(酸価76)、「DISPERBYK-118」(酸価36)、「DISPERBYK-180(酸価94)などが挙げられる。
 また、分散剤のアミン価(mgKOH/g)と酸価の差(アミン価-酸価)は-50以上0以下であることが好ましい。アミン価は、遊離塩基、塩基の総量を示すものであり、酸価は、遊離脂肪酸、脂肪酸の総量を示すものである。アミン価、酸価はJIS K 7700あるいはASTM D2074に準拠した方法で測定する。-50以上0以下だと分散安定性に優れるため、好ましい。より好ましくは-40以上0以下であり、さらに好ましくは-20以上0以下である。
[還元剤]
 次に還元剤について説明する。還元剤としては、ヒドラジン、ヒドラジン水和物、ナトリウム、カーボン、ヨウ化カリウム、シュウ酸、硫化鉄(II)、チオ硫酸ナトリウム、アスコルビン酸、塩化スズ(II)、水素化ジイソブチルアルミニウム、蟻酸、水素化ホウ酸ナトリウム、亜硫酸塩などが挙げられる。焼成において、酸化銅、特に酸化第一銅の還元に寄与し、より抵抗の低い銅膜を作製することができる観点から、還元剤は、ヒドラジンまたはヒドラジン水和物であることが最も好ましい。また、ヒドラジンまたはヒドラジン水和物を用いることにより、分散体の分散安定性を維持でき、銅膜の抵抗を低くできる。
 還元剤の必要量は酸化銅の量に比例し、要求される還元性を考慮し調整する。本実施の形態の分散体に含まれる還元剤の質量比率(還元剤質量/酸化銅質量)は、0.0001以上0.10以下が好ましく、より好ましくは0.0001以上0.05以下、さらに好ましくは0.0001以上0.03以下である。還元剤の質量比率は、0.0001以上だと分散安定性が向上し、かつ銅膜の抵抗が低下する。また、0.10以下だと分散体の長期安定性が向上する。
[分散媒]
 本実施の形態の分散体は、上述の構成成分の他に、分散媒(溶媒)が含まれていてもよい。
 第1-第3の実施の形態に係る分散体に用いられる分散媒は、テルピネオール、γーブチロラクトン、シクロヘキサノン、エタノール、プロピレングリコール、ブタノール、プロパノール、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート及びテトラリンからなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましい。また、これらの分散媒を2種類以上含むことがより好ましい。
 これらの分散媒は、沸点が高いため、印刷連続性の向上という効果を奏する。これらの分散媒は、還元作用を有していてもよいが、分散体に上記の還元剤が含まれている場合は、分散媒として機能する。
 第1-第3の実施の形態に用いられる分散媒は、分散という観点から分散剤の溶解が可能なものの中から選択する。一方、分散体を用いて導電性パターンを形成するという観点からは、分散媒の揮発性が作業性に影響を与えるため、導電性パターンの形成方法、例えば印刷や塗布の方式に適するものである必要がある。従って、分散媒は分散性と印刷や塗布の作業性に合わせて下記の溶剤から選択することができる。
 分散媒の具体例としては、以下の溶剤を挙げることができる。プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、3-メトキシ-3-メチル-ブチルアセテート、エトキシエチルプロピオネート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールターシャリーブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールブチルエーテル、エチレングリコールエチルエーテル、エチレングリコールメチルエーテル、エチレングリコール、1,2-プロピレングリコール、1,3-ブチレングリコール、2-ペンタンジオール、2-メチルペンタン-2,4-ジオール、2,5-ヘキサンジオール、2,4-ヘプタンジオール、2-エチルヘキサン-1,3-ジオール、ジエチレングリコール、ヘキサンジオール、オクタンジオール、トリエチレングリコール、トリ-1,2-プロピレングリコール、グリセロール、エチレングリコールモノヘキシルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノブチルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、メタノール、エタノール、n-プロパノール、i-プロパノール、n-ブタノール、i-ブタノール、2-ブタノール、t-ブタノール、n-ペンタノール、i-ペンタノール、2-メチルブタノール、2-ペンタノール、t-ペンタノール、3-メトキシブタノール、n-ヘキサノール、2-メチルペンタノール、1-ヘキサノール、2-ヘキサノール、2-エチルブタノール、1-ヘプタノール、2-ヘプタノール、3-ヘプタノール、n-オクタノール、2-エチルヘキサノール、2-オクタノール、n-ノニルアルコール、2、6ジメチル-4-ヘプタノール、n-デカノール、シクロヘキサノール、メチルシクロヘキサノール、3、3、5-トリメチルシクロヘキサノール、ベンジルアルコール、ジアセトンアルコールなどが挙げられる。これらに具体的に記載したもの以外にも、アルコール、グリコール、グリコールエーテル、グリコールエステル類溶剤を分散媒に用いることができる。これらは単独で用いてもよいし、複数を混合して用いてもよく、印刷方式に応じ蒸発性や、印刷機材、被印刷基板の耐溶剤性を考慮し選択する。
 分散媒として、炭素数10以下のモノアルコールがより好ましく、さらに炭素数8以下が好ましい。炭素数8以下のモノアルコール中でも、エタノール、n-プロパノール、i-プロパノール、n-ブタノール、i-ブタノール、sec-ブタノール、t-ブタノールが分散性、揮発性及び粘性が特に適しているのでさらに好ましい。これらのモノアルコールを単独で用いてもよいし、複数を混合して用いてもよい。酸化銅の分散性の低下を抑制するため、さらに分散剤との相互作用により、より安定に分散させるためにもモノアルコールの炭素数は8以下であることが好ましい。また、炭素数は8以下を選択すると抵抗値も低くなり好ましい。
 ただし、沸点は溶剤の作業性に影響を与える。沸点が低すぎれば揮発が速いため、固形物の析出による欠陥の増加や清掃頻度の増大により作業性が悪化する。このため、塗布、ディスペンサー方式では沸点が40℃以上、インクジェット方式、スクリーン方式、オフセット方式では120℃以上、より好ましくは150℃以上、さらに好ましくは200℃以上がよく、沸点の上限としては、乾燥の観点から300℃以下が好ましい。
[酸化銅と銅を含む分散体の調整]
 酸化第一銅と銅粒子を含む分散体、すなわち分散体は、前述の酸化銅分散体に、銅微粒子、必要に応じ分散媒を、それぞれ所定の割合で混合し、例えば、ミキサー法、超音波法、3本ロール法、2本ロール法、アトライター、ホモジナイザー、バンバリーミキサー、ペイントシェイカー、ニーダー、ボールミル、サンドミル、自公転ミキサーなどを用いて分散処理することにより調整することができる。
 分散媒の一部は既に作成した酸化銅分散体に含まれているため、この酸化銅分散体に含まれている分で充分な場合はこの工程で添加する必要はなく、粘度の低下が必要な場合は必要に応じこの工程で加えればよい。もしくはこの工程以降で加えてもよい。分散媒は前述の酸化銅分散体作製時に加えたものと同じものでも、異なるもの加えてもよい。
 この他に必要に応じ、有機バインダ、酸化防止剤、還元剤、金属粒子、金属酸化物を加えてもよく、不純物として金属や金属酸化物、金属塩及び金属錯体を含んでもよい。
 また、針金状、樹枝状、鱗片状銅粒子はクラック防止効果が大きいため、単独であるいは球状、サイコロ状、多面体などの銅粒子や他の金属と複数組み合わせて加えてもよく、その表面を酸化物や他の導電性のよい金属、例えば銀などで被覆してもよい。
 なお銅以外の金属粒子で、形状が針金状、樹枝状、鱗片状の一種もしくは複数を加える場合、同様な形状の銅粒子と同様にクラック防止効果を有するため、同様の形状の銅粒子の一部との置き換え、もしくは同様の形状の銅粒子に追加して使うこともできるが、マイグレーション、粒子強度、抵抗値、銅食われ、金属間化合物の形成、コストなどを考慮する必要がある。銅以外の金属粒子としてとしては、例えば金、銀、錫、亜鉛、ニッケル、白金、ビスマス、インジウム、アンチモンを挙げることができる。
 金属酸化物粒子としては、酸化第一銅を酸化銀、酸化第二銅など置き換え、もしくは追加して使うことができる。しかしながら、金属粒子の場合と同様に、マイグレーション、粒子強度、抵抗値、銅食われ、金属間化合物の形成、コストなどを考慮する必要がある。これら金属粒子および金属酸化物粒子の添加は、導電膜の焼結、抵抗、導体強度、光焼成の際の吸光度などの調整に用いることができる。これらの金属粒子および金属酸化物粒子を加えても、針金状、樹枝状、鱗片状銅粒子の存在により、クラックは充分抑制される。これらの金属粒子および金属酸化物粒子は単独でもしくは二種類以上組み合わせて用いてもよく、形状の制限は無い。例えば銀や酸化銀は、抵抗低下や焼成温度低下などの効果が期待される。
 しかしながら、銀は貴金属類でありコストがかさむことや、クラック防止の観点から、銀の添加量は、針金状、樹枝状、鱗片状銅粒子を超えない範囲が好ましい。また、錫は安価であり、また融点が低いため焼結しやすくなるという利点を有する。しかしながら、抵抗が上昇する傾向があり、クラック防止の観点からも、錫の添加量は針金状、樹枝状、鱗片状銅粒子と酸化第一銅を超えない範囲が好ましい。酸化第二銅はフラッシュランプやレーザなどの光や赤外線を用いた方法では光吸収剤、熱線吸収剤として働く。しかしながら、酸化第二銅は酸化第一銅より還元し難いこと、還元時のガス発生が多いことによる基板からの剥離を防ぐ観点から、酸化第二銅の添加量は酸化第一銅より少ない方が好ましい。
 本実施の形態においては、銅以外の金属や針金状、樹枝状、鱗片状以外の銅粒子、酸化銅以外の金属酸化物を含んでいても、クラック防止効果、抵抗の経時安定性向上効果は発揮される。しかしながら、銅以外の金属や針金状、樹枝状、鱗片状以外の銅粒子、並びに酸化銅以外の金属酸化物の添加量としては針金状、樹枝状、鱗片状の銅粒子と酸化銅より少ない方が好ましい。また、針金状、樹枝状、鱗片状の銅粒子と酸化銅に対する、銅以外の金属や針金状、樹枝状、鱗片状以外の銅粒子、酸化銅以外の金属酸化物の添加割合は50%以下、より好ましくは30%以下、さらに好ましくは10%以下がよい。
[導電性パターン付構造体の詳細]
 以下、本実施の形態に係る導電性パターン付構造体10の各構成について具体的に説明する。しかし、各構成は、以下に挙げる具体例に限定されるものではない。
 本実施の形態に係る導電性パターン付構造体の製造方法は、本実施の形態に係る分散体を基板上に塗布して塗膜を形成する工程と、塗膜にレーザ光を照射し、基板上に導電性パターンを形成する工程と、を具備する。
 また、本実施の形態に係る導電性パターン付構造体の製造方法は、分散体を、所望のパターンで基板上に塗布して、塗膜を形成する工程と、塗膜を焼成処理して、基板上に導電性パターンを形成する工程と、を具備する。本実施形態の方法によれば、基板上に塗布液を所望のパターンに直接形成できるため、従来のフォトレジストを用いた手法と比較し、生産性を向上させることができる。
[基板への分散体の塗布方法]
 分散体としての酸化銅インクを用いた塗布方法について説明する。塗布方法としては特に制限されず、エアロゾル法、スクリーン印刷、凹版ダイレクト印刷、凹版オフセット印刷、フレキソ印刷、オフセット印刷などの印刷法やディスペンサー描画法などを用いることができる。塗布法としては、ダイコート、スピンコート、スリットコート、バーコート、ナイフコート、スプレーコート、ディツプコートなどの方法を用いることができる。
[基板]
 本実施の形態で用いられる基板は、塗膜を形成する表面を有するものであって、板形状を有していてもよく、立体物であってもよい。本実施の形態における基板は、配線パターンを形成するための回路基板シートの基板材料、または配線付き筐体の筐体材料等を意味する。筐体の一例としては、携帯電話端末、スマートフォン、スマートグラス、テレビ、パーソナルコンピュータ等の電気機器の筐体が挙げられる。また、筐体の他の例としては、自動車分野では、ダッシュボード、インストルメントパネル、ハンドル、シャーシ等が挙げられる。
 本実施の形態で用いられる基板は、特に限定されるものではなく、無機材料又は有機材料で構成される。
 無機材料としては、例えば、ソーダライムガラス、無アルカリガラス、硼珪酸ガラス、石英ガラスなどのガラスや、アルミナなどのセラミック材料が挙げられる。
 有機材料としては、高分子材料、紙などが挙げられる。高分子材料としては樹脂フィルムを用いることができ、ポリイミド(PI)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルサルフォン(PES)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエステル、ポリカーボネート(PC)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルブチラール(PVB)、ポリアセタール(POM)、ポリアリレート(PAR)、ポリアミド(PA)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリフェニレンエーテル(PPE)、変性ポリフェニレンエーテル(m-PPE)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリエーテルケトン(PEK)、ポリフタルアミド(PPA)、ポリエーテルニトリル(PEN)、ポリベンズイミダゾール(PBI)、ポリカルボジイミド、ポリシロキサン、ポリメタクリルアミド、ニトリルゴム、アクリルゴム、ポリエチレンテトラフルオライド、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ウレア樹脂、ポリメタクリル酸メチル樹脂(PMMA)、ポリブテン、ポリペンテン、エチレン-プロピレン共重合体、エチレン-ブテン-ジエン共重合体、ポリブタジエン、ポリイソプレン、エチレン-プロピレン-ジエン共重合体、ブチルゴム、ポリメチルペンテン(PMP)、ポリスチレン(PS)、スチレン-ブタジエン共重合体、ポリエチレン(PE)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、フェノールノボラック、ベンゾシクロブテン、ポリビニルフェノール、ポリクロロピレン、ポリオキシメチレン、ポリスルホン(PSF)、ポリフェニルスルホン樹脂(PPSU)、シクロオレフィンポリマー(COP)、アクリロ二トリル・ブタジエン・スチレン樹脂(ABS)、アクリロニトリル・スチレン樹脂(AS)、ナイロン樹脂(PA6、PA66)ポリブチルテレフタレート樹脂(PBT)ポリエーテルスルホン樹脂(PESU)、ポリテトラフルオロエチレン樹脂(PTFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、及びシリコーン樹脂などを挙げることができる。特に、PI、PET及びPENは、フレキシブル性、コストの観点から好ましい。
 紙としては、一般的なパルプを原料とした上質紙、中質紙、コート紙、ボール紙、段ボールなどの洋紙やセルロースナノファイバーを原料としたものが挙げられる。紙の場合は高分子材料を溶解したもの、もしくはゾルゲル材料などを含浸硬化させたものを使うことができる。また、これらの材料はラミネートするなど貼り合わせて使用してもよい。例えば、紙フェノール基材、紙エポキシ基材、ガラスコンポジット基材、ガラスエポキシ基材などの複合基材、テフロン(登録商標)基材、アルミナ基材、低温低湿同時焼成セラミックス(LTCC)、シリコンウェハなどが挙げられる。
 基板の厚さは、例えば1μm~10mmとすることができ、好ましくは25μm~250μmである。基板の厚さが250μm以下であれば、作製される電子デバイスを、軽量化、省スペース化、及びフレキシブル化できるため好ましい。基板が筐体である場合、その厚さは、例えば1μm~10mmとすることができ、好ましくは、200μm~5mmである。この範囲を選択することで、成型後の機械的強度や耐熱性を発現させることが、本発明者らにより明らかになった。
[導電性パターンの形成]
 導電性パターンの形成方法としては、1)上記の印刷方法を用いて、パターンを作製後に焼成する方法と、2)分散体を全面に基板にコートし、そこに特定のパターンになるようにレーザ描画によって、パターンを作製する方法、がある。1)と2)ともに基板側に一部の酸化銅が還元されずに残ることで、導電性パターンと基板との密着性が向上するため好ましい。また、導電性パターンは配線のことであり、配線幅は0.5μm以上、10000μm以下が好ましく、より好ましくは1μm以上、1000μm以下であり、さらに好ましくは1μm以上、500μm以下である。また、導電性パターンはメッシュ状に形成されていてもよい。メッシュ状とは格子状の配線のことで、透過率が高くなり、透明になるため好ましい。
[分散体の焼成]
 焼成処理の方法には、本発明の効果を発揮する導電膜を形成可能であれば、特に限定されないが、具体例としては、焼却炉、プラズマ焼成法、光焼成法などを用いる方法が挙げられる。光焼成におけるレーザ照射においては、分散体としての酸化銅インクで塗膜を形成し、塗膜にレーザ照射することで、銅粒子の焼成と、パターニングを一度に行うことができる。その他の焼成法においては、分散体で所望のパターンを印刷し、これを焼成することで、導電性パターンを得ることができる。導電性パターンを作製する上で、基板との接触面に一部の酸化第一銅が還元されずに残ることで、導電性パターンと基板との密着性が向上するため、好ましい。
[焼成炉]
 本実施の形態において、焼成炉を用いて行う焼成方法では、酸化銅を還元して銅にし、銅を焼結させるため、100℃以上、好ましくは150℃以上、より好ましくは200℃以上の熱で塗布膜を焼成する。
 酸素の影響を受けやすい焼成炉などで焼成を行う方法では、非酸化性雰囲気において分散体の塗膜を処理することが好ましい。また分散体中に含まれる有機成分だけでは酸化銅が還元されにくい場合、還元性雰囲気で焼成することが好ましい。非酸化性雰囲気とは、酸素などの酸化性ガスを含まない雰囲気であり、例えば、窒素、アルゴン、ヘリウム、ネオンなどの不活性ガスで満たされた雰囲気である。また還元性雰囲気とは、水素、一酸化炭素などの還元性ガスが存在する雰囲気を指すが、不活性ガスと混合して使用してよい。これらのガスを焼成炉中に充填し密閉系でもしくはガスを連続的に流しながら分散体の塗膜を焼成してもよい。また、焼成は、加圧雰囲気で行ってもよいし減圧雰囲気で行ってもよい。
[プラズマ焼成法]
 本実施形態のプラズマ法は、焼成炉を用いる方法と比較し、より低い温度での処理が可能であり、耐熱性の低い樹脂フィルムを基材とする場合の焼成法として、よりよい方法の一つである。またプラズマにより、パターン表面の有機物質除去や酸化膜の除去が可能であるため、良好なハンダ付け性を確保できるという利点もある。具体的には、還元性ガスもしくは還元性ガスと不活性ガスとの混合ガスをチャンバ内に流し、マイクロ波によりプラズマを発生させ、これにより生成する活性種を、還元または焼結に必要な加熱源として、さらには分散剤などに含まれる有機物の分解に利用し導電膜を得る方法である。
 特に金属部分では活性種の失活が多く、金属部分が選択的に加熱され、基板自体の温度は上がりにくいため、基板として樹脂フィルムにも適用可能である。分散体は金属として銅を含み、酸化銅は焼成が進むにつれ銅に変化するためパターン部分のみの加熱が促進される。また導電性パターン中に分散剤やバインダ成分の有機物が残ると焼結の妨げとなり、抵抗が上がる傾向にあるが、プラズマ法は導体パターン中の有機物除去効果が大きい。プラズマ法により、塗膜の表面の有機物及び酸化膜の除去が可能であるため、導電性パターンのハンダ付け性を効果的に改善できるという利点もある。
 還元性ガス成分としては水素など、不活性ガス成分としては窒素、ヘリウム、アルゴンなどを用いることができる。これらは単独で、もしくは還元ガス成分と不活性ガス成分を任意の割合で混合して用いてもよい。また不活性ガス成分を二種以上混合し用いてもよい。
 プラズマ焼成法は、マイクロ波投入パワー、導入ガス流量、チャンバ内圧、プラズマ発生源から処理サンプルまでの距離、処理サンプル温度、処理時間での調整が可能であり、これらを調整することで処理の強度を変えることができる。従って、上記調整項目の最適化を図れば、無機材料の基板はもちろんのこと、有機材料の熱硬化性樹脂フィルム、紙、耐熱性の低い熱可塑性樹脂フィルム、例えばPET、PENを基板として利用し、抵抗の低い導電膜を得ることが可能となる。但し、最適条件は装置構造やサンプル種類により異なるため、状況に合わせ調整する。
[光焼成法]
 本実施形態の光焼成法は、光源としてキセノンなどの放電管を用いたフラッシュ光方式やレーザ光方式が適用可能である。これらの方法は強度の大きい光を短時間露光し、基板上に塗布した分散体を短時間で高温に上昇させ焼成する方法で、酸化銅の還元、銅粒子の焼結、これらの一体化、及び有機成分の分解を行い、導電膜を形成する方法である。焼成時間がごく短時間であるため基板へのダメージが少ない方法で、耐熱性の低い樹脂フィルム基板への適用が可能である。
 フラッシュ光方式とは、キセノン放電管を用い、コンデンサーに蓄えられた電荷を瞬時に放電する方式で、大光量のパルス光を発生させ、基板上に形成された分散体に照射することにより酸化銅を瞬時に高温に加熱し、導電膜に変化させる方法である。露光量は、光強度、発光時間、光照射間隔、回数で調整可能であり基板の光透過性が大きければ、耐熱性の低い樹脂基板、例えばPET、PENや紙などへも、分散体による導電性パターンの形成が可能となる。
 発光光源は異なるが、レーザ光源を用いても同様な効果が得られる。レーザの場合は、フラッシュ光方式の調整項目に加え、波長選択の自由度があり、パターンを形成した分散体の光吸収波長や基板の吸収波長を考慮し選択することも可能である。またビームスキャンによる露光が可能であり、基板全面への露光、もしくは部分露光の選択など、露光範囲の調整が容易であるといった特徴がある。レーザの種類としてはYAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)、YVO(イットリウムバナデイト)、Yb(イッテルビウム)、半導体レーザ(GaAs、GaAlAs、GaInAs)、炭酸ガスなどを用いることができ、基本波だけでなく必要に応じ高調波を取り出して使用してもよい。
 特に、レーザ光を用いる場合、その発光波長は、300nm以上1500nm以下が好ましい。例えば355nm、405nm、445nm、450nm、532nm、1056nmなどが好ましい。基板や筐体が樹脂の場合、本実施の形態のの酸化銅含有層の吸収領域から、特に好ましくは355nm、405nm、445nm、450nm、532nmのレーザ波長である。レーザを用いることで所望のパターンを平面、立体に自由に作製することができる。
 導電性層または導電性パターンの表面の表面粗さは、500nm以上4000nm以下であることが好ましく、750nm以上3000nm以下であることがより好ましく、1000nm以上2000nm以下であることが更により好ましい。この範囲に入ると、導電性パターンにハンダ層がのりやすく、導電性パターンとハンダ層との密着性が高くなる。
[導電性パターンへのハンダ層の形成]
 本実施の形態に係る分散体を用いて作製された導電性パターン付構造体は、ハンダ付け性を悪化させる分散剤、分散媒が、焼成処理の工程で分解しているため、導電性パターンに被接合体(例えば、電子部品等)をハンダ付けするとき、溶融ハンダがのりやすいという利点がある。ここで、ハンダとは鉛とスズを主成分とする合金であり、鉛を含まない鉛フリーハンダも含まれる。本実施の形態に係る導電性パターンは空壁(ボイド)を有するため、このボイドにハンダが入ることで、導電性パターンとハンダ層との密着性が高まる。
 導電性パターン及び導電性層に含まれる銅のグレインサイズは、0.1μm以上100μm以下であることが好ましく、0.5μm以上50μm以下がさらに好ましく、1.0μm以上10μm以下が特に好ましい。これにより、導電性パターンとハンダ層の密着性が高くなる。
 本実施の形態において、電子部品とは、半導体、集積回路、ダイオード、液晶ディスプレイなどの能動部品、抵抗、コンデンサ等の受動部品、及び、コネクタ、スイッチ、電線、ヒートシンク、アンテナなどの機構部品のうち、少なくとも1種である。
 また、導電性パターンへのハンダ層の形成は、リフロー法で行われることが好ましい。リフロー法では、まず、ハンダ付けは、図3(j)及び図4(l)で形成された導電性パターン領域の一部、例えばランド、の表面にソルダペースト(クリームハンダ)を塗布する。ソルダペーストの塗布は、例えば、メタルマスク及びメタルスキージを用いたコンタクト印刷により行われる。これにより、導電性パターンの表面の一部にハンダ層が形成される。すなわち、図3(j)の工程の後、表層における導電性パターンの表面の一部にハンダ層が形成される導電性パターン付構造体が得られる。また、図4(l)の工程の後、導電性パターンの表面の一部にハンダ層が形成される導電性パターン付構造体が得られる。ハンダ層が形成される導電性パターンの表面の一部は、特に面積は限定されず、導電性パターンと電子部品とが接合可能な面積であればよい。
(電子部品の接合)
 次に、塗布されたソルダペースト(ハンダ層)の一部に、電子部品の被接合部を接触させた状態になるように電子部品を導電性基板上に載置する。その後、電子部品が載置された導電性基板を、リフロー炉に通して加熱して、導電性パターン領域の一部(ランド等)及び電子部品の被接合部をハンダ付けする。図9は、本実施の形態に係るハンダ層が形成された導電性パターン付構造体の上面図である。図9Aは、ハンダ層が形成された導電性パターン付構造体の写真を、図9Bは、その模式図を示す。
 図9に示すように、フレキシブル性を有する基板11上には、分散体としての酸化銅インクが焼成されて形成された導電性パターンBが形成されている。導電性パターンBの表面には、ハンダ層20が形成されている。ハンダ層20により、導電性パターンBと、導線90とが適切にハンダ付けされており、導線90を介して導電性パターンBと電子部品91が適切に接続されている。
 本実施の形態に係る導電性パターン付構造体の製造方法によれば、分散体としての酸化銅インクを焼成して導電性パターンを形成するため、分散体に含まれる有機バインダが分解される、これにより、得られた導電性パターンにおいて、ハンダのぬれ性が高くなり、導電性パターンの表面にハンダ層を容易に形成できる。このため、電子部品のハンダ付が可能となる。この結果、導電性パターン領域と、電子部品の被接合部とを接合するハンダ層の不良の発生を防ぎ、高い歩留まりで、電子部品がハンダ付けされる導電性パターン付構造体を製造できる。
 また、第2の実施の形態に係る導電性パターン付構造体の製造方法によれば、粒子径が1nm以上50nm以下の銅酸化物粒子と、粒子径が0.1μm以上100μm以下の銅粒子と、リン酸基を有する有機化合物と、を含む分散体を用いて形成した塗布膜では、ハンダのぬれ性が高いため、溶けたハンダが金属表面に被覆した後に、ハンダが引けた状態となって、ハンダの非常に薄い部分ができた状態、すなわち、ディウェッティングが発生するのを抑制することができる。この結果、導電膜と電子部品の被接合部と接合するハンダ接合部の不良の発生を防ぎ、高い歩留まりで、電子部品付基板を製造することができる。
 以下、実施例及び比較例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例及び比較例に限定されるものではない。
<実験例1>
[ヒドラジン定量方法]
 標準添加法によりヒドラジンの定量を行った。
 サンプル(銅ナノインク)50μLに、ヒドラジン33μg、サロゲート物質(ヒドラジン15)33μg、ベンズアルデヒド1%アセトニトリル溶液1mlを加えた。最後にリン酸20μLを加え、4時間後、GC/MS測定を行った。
 同じく、サンプル(銅ナノインク)50μLに、ヒドラジン66μg、サロゲート物質(ヒドラジン15)33μg、ベンズアルデヒド1%アセトニトリル溶液1mlを加えた。最後にリン酸20μLを加え、4時間後、GC/MS測定を行った。
 同じく、サンプル(銅ナノインク)50μLに、ヒドラジン133μg、サロゲート物質(ヒドラジン15)33μg、ベンズアルデヒド1%アセトニトリル溶液1mlを加えた。最後にリン酸20μLを加え、4時間後、GC/MS測定を行った。
 最後に、サンプル(銅ナノインク)50μLに、ヒドラジンを加えず、サロゲート物質(ヒドラジン15)33μg、ベンズアルデヒド1%アセトニトリル溶液1mlを加え、最後にリン酸20μLを加え、4時間後、GC/MS測定を行った。
 上記4点のGC/MS測定からm/z=207のクロマトグラムラムよりヒドラジンのピーク面積値を得た。次にm/z=209のマスクロマトグラムよりサロゲートのピーク面積値を得た。x軸に、添加したヒドラジンの重量/添加したサロゲート物質の重量、y軸に、ヒドラジンのピーク面積値/サロゲート物質のピーク面積値をとり、標準添加法による検量線を得た。
 検量線から得られたY切片の値を、添加したヒドラジンの重量/添加したサロゲート物質の重量で除しヒドラジンの重量を得た。
[粒子径測定]
 分散体としての酸化銅インクの平均二次粒子径は大塚電子製FPAR-1000を用いてキュムラント法によって測定した。
(実施例1)
 蒸留水(共栄製薬株式会社製)7560g、1,2-プロピレングリコール(関東化学株式会社製)3494gの混合溶媒中に酢酸銅(II)一水和物(関東化学株式会社製)806gを溶かし、外部温調器によって液温を-5℃にした。得られた溶液にヒドラジン一水和物(東京化成工業株式会社製)235gを20分間かけて加え、30分間攪拌した後、外部温調器によって液温を25℃にし、90分間攪拌した。攪拌後、得られた分散液を遠心分離で上澄みと沈殿物に分離した。得られた沈殿物390gに、DisperBYK-145(ビッグケミー製)54.8g、サーフロンS611(セイミケミカル製)13.7g及びエタノール(関東化学株式会社製)907gを加え、ホモジナイザーを用いて分散し酸化第一銅分散液(酸化銅インク)1365gを得た。
 分散液は良好に分散されていた。酸化第一銅の含有割合は20%であり、平均二次粒子径は22nmであった。ヒドラジン割合は3000ppmであった。
(実施例2)
 蒸留水(共栄製薬株式会社製)7560g、1,2-プロピレングリコール(関東化学株式会社製)3494gの混合溶媒中に酢酸銅(II)一水和物(関東化学株式会社製)806gを溶かし、外部温調器によって液温を-5℃にした。得られた溶液にヒドラジン一水和物(東京化成工業株式会社製)235gを20分間かけて加え、30分間攪拌した後、外部温調器によって液温を25℃にし、90分間攪拌した。攪拌後、得られた分散液を遠心分離で上澄みと沈殿物に分離した。得られた沈殿物390gに、DisperBYK-145(ビッグケミー製)54.8g、サーフロンS611(セイミケミカル製)13.7g及びエタノール関東化学株式会社製)907gを加え、ホモジナイザーを用いて分散し酸化第一銅分散液1365gを得た。さらに空気でバブリングした。
 分散液は良好に分散されていた。酸化第一銅の含有割合は20%であり、平均二次粒子径は25nmであった。ヒドラジン割合は700ppmであった。
(実施例3)
 実施例1で得られた分散液98.5gにヒドラジン(東京化成工業株式会社製)1.5gを入れた。
 分散液は良好に分散されていた。酸化第一銅の含有割合は20%であり、平均二次粒子径は29nmであった。ヒドラジン割合は18000ppmであった。
(実施例4)
 蒸留水(共栄製薬株式会社製)7560g、1,2-プロピレングリコール(関東化学株式会社製)3494gの混合溶媒中に酢酸銅(II)一水和物(関東化学株式会社製)806gを溶かし、外部温調器によって液温を-5℃にした。得られた溶液にヒドラジン一水和物(東京化成工業株式会社製)235gを20分間かけて加え、30分間攪拌した後、外部温調器によって液温を25℃にし、90分間攪拌した。攪拌後、得られた分散液を遠心分離で上澄みと沈殿物に分離した。得られた沈殿物390gに、DisperBYK-145(ビッグケミー製)1.37g、サーフロンS611(セイミケミカル製)13.7g及びエタノール(関東化学株式会社製)960gを加え、ホモジナイザーを用いて分散し酸化第一銅分散液(酸化銅インク)1365gを得た。
 分散液は良好に分散されていた。酸化第一銅の含有割合は20%であり、平均二次粒子径は32nmであった。ヒドラジン割合は3000ppmであった。
(実施例5)
 蒸留水(共栄製薬株式会社製)7560g、1,2-プロピレングリコール(関東化学株式会社製)3494gの混合溶媒中に酢酸銅(II)一水和物(関東化学株式会社製)806gを溶かし、外部温調器によって液温を-5℃にした。得られた溶液にヒドラジン一水和物(東京化成工業株式会社製)235gを20分間かけて加え、30分間攪拌した後、外部温調器によって液温を25℃にし、90分間攪拌した。攪拌後、得られた分散液を遠心分離で上澄みと沈殿物に分離した。得られた沈殿物390gに、DisperBYK-145(ビッグケミー製)82.2g、サーフロンS611(セイミケミカル製)13.7g及びエタノール(関東化学株式会社製)880gを加え、ホモジナイザーを用いて分散し酸化第一銅分散液(酸化銅インク)1365gを得た。
 分散液は良好に分散されていた。酸化第一銅の含有割合は20%であり、平均二次粒子径は32nmであった。ヒドラジン割合は3000ppmであった。
(比較例1)
 エタノール(関東化学株式会社製)15gに、酸化第一銅(EMジャパン製MP-CU2O-25)4g、DisperBYK-145(ビッグケミー製)0.8g、サーフロンS611(セイミケミカル製)0.2gを加え、ホモジナイザーで分散し、酸化第一銅分散液20gを得た。
 分散液において一部に酸化銅粒子の凝集が見られた。酸化第一銅の含有割合は20%であり、平均二次粒子径は190nmであった。ヒドラジン割合は0ppmであった。
(比較例2)
 実施例1で得られた分散液97gにヒドラジン(東京化成工業株式会社製)3gを入れた。
 分散液において酸化銅粒子が凝集し、インク化ができなかった。酸化第一銅の含有割合は20%であった。ヒドラジン割合は33000ppmだった。
(比較例3)
 蒸留水(共栄製薬株式会社製)7560g、1,2-プロピレングリコール(関東化学株式会社製)3494gの混合溶媒中に酢酸銅(II)一水和物(関東化学株式会社製)806gを溶かし、外部温調器によって液温を-5℃にした。得られた溶液にヒドラジン一水和物(東京化成工業株式会社製)235gを20分間かけて加え、30分間攪拌した後、外部温調器によって液温を25℃にし、90分間攪拌した。攪拌後、得られた分散液を遠心分離で上澄みと沈殿物に分離した。得られた沈殿物390gに、DisperBYK-145(ビッグケミー製)0.82g、サーフロンS611(セイミケミカル製)13.7g及びエタノール(関東化学株式会社製)960gを加え、ホモジナイザーを用いて分散し酸化第一銅分散液(酸化銅インク)1365gを得た。
 分散液において酸化銅粒子が凝集し、インク化ができなかった。酸化第一銅の含有割合は20%であった。ヒドラジン割合は3000ppmだった。
(比較例4)
 蒸留水(共栄製薬株式会社製)7560g、1,2-プロピレングリコール(関東化学株式会社製)3494gの混合溶媒中に酢酸銅(II)一水和物(関東化学株式会社製)806gを溶かし、外部温調器によって液温を-5℃にした。得られた溶液にヒドラジン一水和物(東京化成工業株式会社製)235gを20分間かけて加え、30分間攪拌した後、外部温調器によって液温を25℃にし、90分間攪拌した。攪拌後、得られた分散液を遠心分離で上澄みと沈殿物に分離した。得られた沈殿物390gに、DisperBYK-145(ビッグケミー製)110g、サーフロンS611(セイミケミカル製)13.7g及びエタノール(関東化学株式会社製)851gを加え、ホモジナイザーを用いて分散し酸化第一銅分散液(酸化銅インク)1365gを得た。
 分散液において酸化銅粒子が凝集し、インク化ができなかった。酸化第一銅の含有割合は20%であった。ヒドラジン割合は3000ppmであった。
[反転印刷]
 酸化銅インクを用いて、反転印刷によって基板上にパターン状の塗膜を形成した。まず、ブランケット(転写体)の表面に均一な厚みの酸化銅インクの塗膜を形成した。ブランケットの表面材料は通常シリコーンゴムから構成されており、このシリコーンゴムに対して酸化銅インクが良好に付着し、均一な塗膜が形成されているかを確認した。次いで、表面に酸化銅インクの塗膜が形成されたブランケットの表面を凸版に押圧、接触させ、凸版の凸部の表面に、ブランケット表面上の酸化銅インクの塗膜の一部を付着、転移させた。これによりブランケットの表面に残った酸化銅インクの塗膜には印刷パターンが形成された。次いで、この状態のブランケットを被印刷基板の表面に押圧して、ブランケット上に残った酸化銅インクの塗膜を転写し、パターン状の塗膜を形成した。評価基準は以下の通りである。
 A:反転印刷が可能であった。
 B:一部印刷パターンが形成されなかった。
 C:反転印刷ができなかった。
[抵抗測定]
 PENフィルム上にバーコーターを用いて600nm厚みの膜を作製し、プラズマ焼成装置で1.5kw、420秒間、加熱焼成して還元し、銅膜を作製した。導電膜の体積抵抗率は、三菱化学製の低抵抗率計ロレスターGPを用いて測定した。酸化銅インクと塗膜の性能結果を表1に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 実施例1から実施例5においては、酸化銅インクが凝集することなく、PENフィルム上に銅膜を作製した際に低い抵抗が維持できていた。実施例において、(還元剤質量/酸化銅質量)の値は0.0001以上0.10以下であり、(分散剤質量/酸化銅質量)の値は0.0050以上0.30以下であった。還元剤としてヒドラジンを用いることで、酸化銅の還元が促進され、抵抗の低い銅膜が作製されていたと考えられる。
 これに対し、(還元剤質量/酸化銅質量)の値が0.001より小さい比較例1では、分散液において一部に酸化銅粒子の凝集が見られた。また、プラズマ焼成によって銅膜を得ることができず、抵抗を測定することができなかった。また、(還元剤質量/酸化銅質量)の値が0.1より大きい比較例2では、酸化銅インクが凝集していたため、反転印刷及び抵抗の測定ができなかった。また、(分散剤質量/酸化銅質量)の値が0.005より小さい比較例3と、0.30より大きい比較例4は、いずれも酸化銅インクが凝集していたため、反転印刷及び抵抗の測定ができなかった。
[レーザ焼成]
 PET基板上に実施例1の酸化銅インクを所定の厚み(800nm)になるようバーコートし、室温で10分間乾燥することで、PET上に塗布層が形成されたサンプルAを得た。
 ガルバノスキャナーを用いて、最大速度300mm/分で焦点位置を動かしながらレーザ光(波長445nm、出力1.1W、連続波発振(Continuous Wave:CW)を、サンプルAに照射することで、25mm×1mmの寸法の銅を含む導電性の膜を得た。抵抗は20μΩcmであった。レーザ焼成においても導電性膜が作製できた。
<実験例2>
(酸化銅粒子分散体の製造)
 酸化銅粒子を含む分散体の製造を、次のように行った。
(製造例1)
 水3670g、1,2-プロピレングリコール(和光純薬製)1696gの混合溶媒中に酢酸銅(II)一水和物(和光純薬製)391.5gを溶かし、ヒドラジン一水和物(和光純薬製)114gを加えて攪拌した。その後、遠心分離で上澄みと沈殿物に分離した。
 得られた沈殿物200gに、分散剤として、DISPERBYK-118(ビッグケミー製)27.6g、及び、エタノール(和光純薬製)490gを加え、窒素雰囲気下でホモジナイザを用いて分散した。
 次いで、UF膜モジュールによる濃縮とエタノールによる希釈を繰り返し、更にテルピネオールによる希釈とUF膜による濃縮を繰り返し、平均二次粒子径10nmの酸化第一銅124gを含有する分散体S1を、225.4g得た。平均二次粒子径は、大塚電子製FPAR-1000を用いてキュムラント法により測定した。以下の製造例2~15、比較製造例1~3において同様である。
(製造例2)
 水10880gに酢酸銅(II)一水和物(和光純薬製)391.5gを溶かし、ヒドラジン一水和物(和光純薬製)114gを加えて攪拌した。その後、遠心分離で上澄みと沈殿物に分離した。
 これ以降は、製造例1と同様の配合量、条件及び手順により、平均二次粒子径33nmの酸化第一銅124gを含有する分散体S2を225.4g得た。
(製造例3)
 分散剤として、DISPERBYK-118(ビッグケミー製)6.9gを用いた以外は、製造例1と同じ配合量、条件及び手順により、平均二次粒子径10nmの酸化第一銅124gを含有する分散体S3を、204.7g得た。
(製造例4)
 分散剤として、DISPERBYK-118(ビッグケミー製)41.4gを用いた以外は、製造例1と同じ配合量、条件及び手順により、平均二次粒子径10nmの酸化第一銅124gを含有する分散体S4を、239.2g得た。
(製造例5)
 分散剤として、DISPERBYK-118(ビッグケミー製)6.9gを用いた以外は、製造例2と同じ配合量、条件及び手順により、平均二次粒子径33nmの酸化第一銅124gを含有する分散体S5を204.7g得た。
(製造例6)
 分散剤として、DISPERBYK-118(ビッグケミー製)41.4gを用いた以外は、製造例2と同じ配合量、条件及び手順により、平均二次粒子径33nmの酸化第一銅124gを含有する分散体S6を239.2g得た。
(製造例7)
 分散剤として、DISPERBYK-118(ビッグケミー製)4.1gを用いた以外は、製造例1と同じ配合量、条件及び手順により、平均二次粒子径10nmの酸化第一銅124gを含有する分散体S7を、201.9g得た。
(製造例8)
 分散剤として、DISPERBYK-118(ビッグケミー製)55.2gを用いた以外は、製造例1と同じ配合量、条件及び手順により、平均二次粒子径10nmの酸化第一銅124gを含有する分散体S8を、253.0g得た。
(製造例9)
 分散剤として、DISPERBYK-118(ビッグケミー製)4.1gを用いた以外は、製造例2と同じ配合量、条件及び手順により、平均二次粒子径33nmの酸化第一銅124gを含有する分散体S9を201.9g得た。
(製造例10)
 分散剤として、DISPERBYK-118(ビッグケミー製)82.9gを用いた以外は、製造例2と同じ配合量、条件及び手順により、平均二次粒子径33nmの酸化第一銅124gを含有する分散体S10を280.6g得た。
(製造例11)
 粒径150nmの酸化第一銅124gに、テルピネオール101.4gを加え、窒素雰囲気下でホモジナイザを用いて分散し、分散体S11を225.4g得た。
(製造例12)
 テルピネオールに代えて、γ―ブチロラクトンを用いた以外は、製造例1と同じ配合量、条件及び手順により、酸化第一銅124gを含有する分散体S12を、225.4g得た。
(製造例13)
 テルピネオールに代えて、シクロヘキサノールを用いた以外は、製造例1と同じ配合量、条件及び手順により、酸化第一銅124gを含有する分散体S13を、225.4g得た。
(製造例14)
 テルピネオールに代えて、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテートを用いた以外は、製造例1と同じ配合量、条件及び手順により、酸化第一銅124gを含有する分散体S14を、225.4g得た。
(製造例15)
 テルピネオールに代えて、テトラリンを用いた以外は、製造例1と同じ配合量、条件及び手順により、酸化第一銅124gを含有する分散体S15を、225.4g得た。
(比較製造例1)
 平均二次粒子径150nmの酸化第一銅124gに、DISPERBYK-118(ビッグケミー製)27.6g及びテルピネオール73.8gを加え、窒素雰囲気下でホモジナイザを用いて分散し、分散体H1を225.4g得た。
(比較製造例2)
 テルピネオールに代えて、トルエンを用いた以外は、製造例1と同じ配合量、条件及び手順により、酸化第一銅124gを含有する分散体H2を、225.4g得た。
(比較製造例3)
 テルピネオールに代えて、ブタノールを用いた以外は、製造例1と同じ配合量、条件及び手順により、酸化第一銅124gを含有する分散体H3を、225.4g得た。
(実施例6~67)
 製造例1~15で得た分散体S1~S15のいずれか40gに、以下の銅粒子A、B、C、D、Eのいずれかを、表2に示す分量で加え、窒素雰囲気下、自公転ミキサーで混合し、実施例6~67の分散体を得た。これらの有機化合物質量比率(BYK/CuO)及び銅粒子質量比率(Cu/CuO)を表2に示す。
 銅粒子A:針状銅粉(平均粒子径4.7μm)
 銅粒子B:樹枝状銅粉(平均粒子径14.5μm)
 銅粒子C:鱗片状銅粉(三井金属鉱業株式会社製の1400YP:平均粒子径4.9μm)
 銅粒子D:球状銅粉(平均粒子径1μm)
 銅粒子E:球状銅粉(平均粒子径5μm)
 実施例6~67の分散体を、紙基板上にスクリーン印刷法により、ラインパターンを印刷し、次いで、マイクロ波プラズマ焼成器を用いて、1.5kw、420秒間、加熱焼成し、紙基板上に、幅1mm、長さ100mm、膜厚16μmの導電膜を形成した。
 実施例6~67の分散体について分散安定性及び連続印刷性を評価した。また実施例6~67の分散体を用いて得られた導電膜について、初期抵抗の測定、抵抗安定性及びハンダ付け性の測定を行った。その結果を表2に示す。
 分散安定性は、以下の通りに評価した。
 A・・・分散体作製後のスクリーン印刷可能な期間が20日以上
 B・・・分散体作製後のスクリーン印刷可能な期間が5日以上20日未満
 C・・・分散体作製後のスクリーン印刷可能な期間が5日未満
 連続印刷性は、紙基板上へのスクリーン印刷を連続して複数回行い、スクリーン印刷が連続的に行える印刷回数が5回以上である場合をAと、スクリーン印刷が連続的に行える印刷回数が5回未満である場合をBと、評価した。その結果を表2に示す。
 初期抵抗は、焼成直後の導電膜の体積抵抗率(単位;10-5Ω・cm)である。体積抵抗率は、三菱化学性の低抵抗率計ロレスターGPを用いて測定した。
 抵抗安定性は、焼成直後の導電膜の体積抵抗率に対する、焼成100日後の導電膜の体積抵抗率の比で表わす。
 ハンダ付け試験は、導電膜が形成された紙基板に、フラックス入り糸ハンダ(錫60%鉛40%)を、ハンダゴテを用いてハンダ付けを行い、ハンダ部分を目視で観察した。ハンダ付け性は、次の通り評価した。導電膜の表面がはんだで完全にぬれ、全くはじきの状態が確認できなかった場合、「A:ディウェッティングなし」と評価し、少しでもはじきが確認できた場合、「B:ディウェッティングあり」と評価した。
(実施例68~70)
 実施例6、8、44の分散体を、紙基板上にスクリーン印刷法により、ラインパターンを印刷し、次いで、ノバセントリックス社製光焼成装置パルスフォージ1300を用いて、エネルギー密度7J/cm、パルス幅8ミリ秒、光焼成し、紙基板上に、幅1mm、長さ100mm、膜厚16μmの導電膜を形成した。
 このようにして実施例68~70の分散体を用いて得られた導電膜について、初期抵抗及び抵抗安定性の測定、ハンダ付け試験した。その結果を表2に示す。
 実施例6の分散体を用いて得られた導電膜表面の表面粗さ測定を行ったところ、1340nmであった。導電膜表面の表面粗さ測定は、以下の方法で行った。
測定法:JIS B0601 2013年に準拠 (ISO25178-2:2012)
測定機:株式会社キーエンス製レーザ顕微鏡VK-X250、レンズ倍率150倍
導電膜の表面形状は、レーザ顕微鏡を用いて電極の中央部で測定した。レーザ顕微鏡で得た凹凸像の全画面を対象に算術平均高さを求め、これを表面粗さとした。
(比較例5)
 製造例1と同じ配合量、条件及び手順により得た沈殿物40gにエタノール98gを加え、窒素雰囲下、ホモジナイザを用いて分散したが、分散しなかった。
(比較例6)
 製造例2と同じ配合量、条件及び手順により得た沈殿物40gにエタノール98gを加え、窒素雰囲下、ホモジナイザを用いて分散したが、分散しなかった。
(比較例7)
 製造例1と同じ配合量、条件及び手順により得た沈殿物とエタノールの混合物にテルピネオノール98gを加え、窒素雰囲下、ホモジナイザを用いて分散したが、分散しなかった。
(比較例8)
 製造例2と同じ配合量、条件及び手順により得た沈殿物とエタノールの混合物にテルピネオノール98gを加え、窒素雰囲下、ホモジナイザを用いて分散したが、分散しなかった。
(比較例9~11)
 比較製造例1、製造例1、2で得た分散体H1、S1及びS2、40gに、銅粒子F:球状銅粉(平均粒子径200μm)を、88g加え、窒素雰囲気下、自公転ミキサーで混合し、比較例9~11の分散体を得た。これらの有機化合物質量比率(BYK/CuO)及び銅粒子質量比率(Cu/CuO)を表2に示す。
 比較例9~11の分散体を用いて、実施例6~67と同じ条件で、紙基板上に導電膜を形成した。比較例9~11の分散体について、分散安定性及び連続印刷性を評価した。また比較例9~11の分散体を用いて得られた導電膜について、初期抵抗の測定、抵抗安定性及びハンダ付け性の測定を行った。その結果を表2に示す。
(比較例12)
 製造例1と同じ配合量、条件及び手順により得た沈殿物200gに対し、ジエチレングリコール400gを加え、窒素雰囲下、でホモジナイザを用いて分散し、酸化第一銅を含有する分散体を得た。
 この分散体40gに、銅粒子D:球状銅粉(平均粒子径1μm)88gを加え、窒素雰囲気下、自公転ミキサーで混合し、比較例12の分散体を得た。
 比較例12の分散体を、紙基板上にスクリーン印刷法により、ラインパターンを印刷しようと試みたが、急速に銅粒子の凝集が進み、印刷ができなかった。
(比較例13)
 上記銅粒子B、88gにテルピネオール18g加え、窒素雰囲気下、自公転ミキサーで混合し、比較例13の分散体を得た。この分散体は、酸化第一銅粒子を含まないので、銅粒子質量比率(Cu/CuO)は、表2に示す通り、ゼロである。
 比較例13の分散体を用いて、実施例6~67と同じ条件で、紙基板上に導電膜を形成した。このようにして比較例13の分散体を用いて得られた導電膜について、初期抵抗及び抵抗安定性を測定した。その結果を表2に示す。
(比較例14)
 製造例11で得た分散体S11、40gに、銅粒子を添加せず、窒素雰囲気下、自公転ミキサーで混合し、比較例14の分散体を得た。これらの分散体の銅粒子質量比率(Cu/CuO)は、表2に示す通り、ゼロである。
 比較例14の分散体を用いて、実施例6~67と同じ条件で、紙基板上に導電膜を形成した。このようにして比較例14の分散体を用いて得られた導電膜について、初期抵抗及び抗安定性を測定した。その結果を表2に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000004
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000007
 表2から明らかなように、平均二次粒子径が10nm又は33nmの酸化第一銅粒子を含む分散体S1~S15に、銅粒子A:針状銅粉(平均粒子径4.7μm)、銅粒子B:樹枝状銅粉(平均粒子径14.5μm)、銅粒子C:鱗片状銅粉(平均粒子径4.9μm)、銅粒子D:球状銅粉(平均粒子径1μm)、銅粒子E:球状銅粉(平均粒子径5μm)を加え、リン酸基を有する有機化合物の一例であるDISPERBYK-118を用いた場合、得られた実施例6~67の分散体は、分散安定性に優れており、且つ、連続印刷性に優れていることが確認された。また、実施例6~67の分散体を用いて、スクリーン印刷法により、ラインパターンを印刷し、焼成処理を施して得られた、実施例6~67の導電膜は、初期抵抗が低く、且つ、抵抗安定性に優れており、さらにハンダ付け性に優れていることが確認された。
 これらの結果から、平均二次粒子径が1nm以上50nm以下の酸化銅粒子と、粒子径が0.1μm以上100μm以下の銅粒子と、リン酸基を有する有機化合物と、を含む分散体は、分散安定性に優れ、分散体作製後長期間経過してもスクリーン印刷が可能であることが確認された。また、このような分散体を用いて得られた導電膜は、初期抵抗が低く、且つ、抵抗安定性に優れていることがわかった。さらにハンダ付け性に優れていることがわかった。また、酸化銅の質量に対するリン酸基を有する有機化合物の質量比は、0.0050以上0.40以下が好ましく、0.0050以上0.30以下がより好ましいことがわかった。
 これらの結果から、酸化第一銅粒子を含む分散体S1~S15に、銅粒子A:針状銅粉、銅粒子B:樹枝状銅粉及び銅粒子C:鱗片状銅粉を加えた、実施例6~67では、分散体を用いて、スクリーン印刷法により、ラインパターンを印刷し、焼成処理を施して得られた導電膜は、初期抵抗が低く、且つ、抵抗安定性に優れていることが確認された。また、ハンダ付け性に優れていた。実施例68~70も同様である。
 上記の通り、実施例の分散体を用いた導電膜は、ハンダ付け性に優れていることがわかった。したがって、導電膜と電子部品の被接合部と接合するハンダ接合部の不良の発生を防ぎ、高い歩留まりで、電子部品付基板を製造することができることが確認された。
 さらに、導電膜の初期抵抗及び抵抗安定性の評価からわかるように、優れた性能の電子部品付基板を得られることが確認された。
 また、分散体S11を用いた実施例53~55では、分散剤(DISPERBYK-118)を用いていないが、スクリーン印刷が可能であり、また、初期抵抗が低く、且つ、抵抗安定性に優れていることが確認された。また、ハンダ付け性に優れていることが確認された。このことから、分散剤の使用は、本実施の形態の分散体の効果に影響していないことが確認された。
 一方、リン酸基を有する有機化合物の一例であるDISPERBYK-118を用いていない比較例5~比較例8の分散体は、スクリーン印刷が不可能であった。
 また、平均二次粒子径150nmの酸化第一銅粒子及び粒子径200μmの銅粒子F:球状銅粉を含む比較例9の分散体では、分散安定性は評価Cであった。また、これを用いて得られた導電膜は、初期抵抗が低く、ハンダ付け性に優れていたが、抵抗安定性が悪いことが確認された。
 また、分散液S1、S2に、粒子径200μmの銅粒子F:球状銅粉を添加した比較例10、11の分散体では、分散安定性は評価Bであった。しかし、これらを用いて得られた導電膜は、初期抵抗が低く、ハンダ付け性に優れていたが、抵抗安定性が悪いことが確認された。
 比較例12では、スクリーン印刷が不可能であった。また、比較例13、14のように、酸化第一銅粒子又は銅粒子のいずれか一方のみを含む場合、スクリーン印刷が可能であるが、初期抵抗が高く、且つ、抵抗安定性も低いことが確認された。
(比較例15、16)
 比較製造例2、3で得た分散体H2、H3、40gに、上記銅粒子Aを、88g加え、窒素雰囲気下、自公転ミキサーで混合し、比較例15、16の分散体を得た。これらの分散体の銅粒子質量比率(Cu/CuO)を表2に示す。
 比較例15、16の分散体を用いて、実施例6~67と同じ条件で、紙基板上に導電膜を形成した。このようにして比較例15、16の分散体を用いて得られた導電膜について、初期抵抗を測定した。また、比較例15、16の分散体について連続印刷性を評価した。それらの結果を表2に示す。
 表2から明らかなように、分散媒として、テルピネオール、γ―ブチロラクトン、シクロヘキサノール、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート及びテトラリンを用い、酸化第一銅粒子を含む分散体S11~S15に、銅粒子A:針状銅粉、銅粒子B:樹枝状銅粉及び銅粒子C:鱗片状銅粉を加えた実施例53~67の分散体を用いて、スクリーン印刷法により、ラインパターンを印刷し、焼成処理を施して得られた導電膜は、初期抵抗が低いことが確認された。また、上記分散体は、連続印刷性の評価がAであった。
 また、比較例15、16では、分散媒としてトルエン及びブタノールを使用したが、表2に示すように、初期抵抗は低いが、連続印刷性の評価がBであった。これらの結果から、連続印刷性の向上に、テルピネオール、γ―ブチロラクトン、シクロヘキサノール、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート及びテトラリンが寄与していることが確認された。
 したがって、表2に開示の実施例53~67のように、酸化第一銅粒子と、針状、樹枝状又は鱗片状の銅粒子と、を含み、分散媒として、テルピネオール、γ―ブチロラクトン、シクロヘキサノール、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート及びテトラリンのいずれかを含み、リン酸基を有する有機化合物を含む分散体を用いることにより、スクリーン印刷法により、初期抵抗が低く、且つ、連続印刷性に優れた導電膜が得られることがわかった。
(比較例17)
 酸化第一銅粒子を含まず、リン酸基を有する有機化合物を含んでいない日油(株)製スクリーン印刷用銅ペーストCP-1Pを用いて、紙基板上にスクリーン印刷法により、ラインパターンを印刷し、次いで、実施例6~67と同様の条件で、プラズマ焼成し、紙基板上に、導電膜を形成した。
 得られた比較例17の導電膜について、ハンダ付け試験を行ったが、ディウェッティングがあり、評価はBであった。また導電膜の表面粗さ測定を行ったところ、表面粗さは858nmであった。
 表2から明らかなように、酸化第一銅粒子を含む分散体S1、3、4、7、8に、銅粒子A:針状銅粉、銅粒子B:樹枝状銅粉及び銅粒子C:鱗片状銅粉を加えた場合、分散体を用いて、スクリーン印刷法により、ラインパターンを印刷し、焼成処理を施して得られた導電膜は、初期抵抗が低く、抵抗安定性が高く、且つ、ハンダ付け性に優れていることが確認された。
 また、比較例17では、スクリーン印刷が可能であったが、ハンダ付け性の評価がBであり、ハンダ付け性が劣っていた。この結果は、銅ペーストを用いることで、スクリーン印刷が可能になったが、プラズマ焼成後の導電膜にディウェッティングを生じさせる有機成分が残存するため、ハンダ付け性が不良であることを示している。
 請求項1は、実験例1に基づくものである。請求項2、3は、実験例2に基づくものである。
 なお、本発明は、以上に記載した実施形態や、各実施例に限定されるものではない。当業者の知識に基づいて実施形態や各実施例に設計の変更等を加えてもよく、また、実施形態や各実施例を任意に組み合わせてもよく、そのような変更等を加えた態様も本発明の範囲に含まれる。
 本出願は、2017年3月16日出願の特願2017-51568、特願2017-51569、特願2017-51570、特願2017-51571、特願2017-51572、2017年7月27日出願の特願2017-145188、及び2018年2月13日出願の特願2018-23239、特願2018-23242に基づく。この内容は、全てここに含めておく。
 

Claims (35)

  1.  酸化銅と、分散剤と、還元剤とを含み、
     前記還元剤の含有量が下記式(1)の範囲であり、
     前記分散剤の含有量が下記式(2)の範囲であることを特徴とする分散体。
      0.0001≦(還元剤質量/酸化銅質量)≦0.10 (1)
      0.0050≦(分散剤質量/酸化銅質量)≦0.30 (2)
  2.  粒子径が1nm以上50nm以下の酸化銅と、粒子径が0.1μm以上100μm以下の銅粒子と、リン酸基を有する有機化合物と、を含むことを特徴とする分散体。
  3.  酸化銅と、一方向に伸長した形状、樹枝状または扁平な形状を有する銅粒子の少なくとも1種と、を含むことを特徴とする分散体。
  4.  銅粒子を含み、前記銅粒子が、一方向に伸長した形状、樹枝状または扁平な形状を有する請求項1または請求項2に記載の分散体。
  5.  前記樹枝状の形状を有する前記銅粒子を少なくとも含むことを特徴とする請求項3または請求項4に記載の分散体。
  6.  前記酸化銅は、粒子径が1nm以上50nm以下であることを特徴とする請求項1または請求項3に記載の分散体。
  7.  前記酸化銅の質量に対する銅粒子の質量比が1.0以上7.0以下であることを特徴とする請求項2から請求項6のいずれかに記載の分散体。
  8.  前記酸化銅の質量に対する前記有機化合物の質量比が0.0050以上0.30以下であることを特徴とする請求項2に記載の分散体。
  9.  還元剤を含み、前記酸化銅の質量に対する前記還元剤の質量比が0.0001以上0.10以下であることを特徴とする請求項2から請求項8のいずれかに記載の分散体。
  10.  還元剤を含み、前記還元剤が、ヒドラジン、ヒドラジン水和物、ナトリウム、カーボン、ヨウ化カリウム、シュウ酸、硫化鉄(II)、チオ硫酸ナトリウム、アスコルビン酸、塩化スズ(II)、水素化ジイソブチルアルミニウム、蟻酸、水素化ホウ酸ナトリウム及び亜硫酸塩の群から選ばれる少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項1から請求項9のいずれかに記載の分散体。
  11.  前記酸化銅が酸化第一銅を含むことを特徴とする請求項1から請求項10のいずれかに記載の分散体。
  12.  さらに分散媒を含み、前記分散媒が、テルピネオール、γーブチロラクトン、シクロヘキサノン、エタノール、プロピレングリコール、ブタノール、プロパノール、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート及びテトラリンからなる群から選択される少なくとも1種であることを特徴とする請求項1から請求項11のいずれかに記載の分散体。
  13.  さらに分散媒を含み、前記分散媒を2種類以上含むことを特徴とする請求項1から請求項12のいずれか記載の分散体。
  14.  請求項1から請求項13のいずれかに記載の分散体を、基板上に塗布して塗膜を形成する工程と、
     前記塗膜にレーザ光を照射し、前記基板上に導電性パターンを形成する工程と、を具備することを特徴とする導電性パターン付構造体の製造方法。
  15.  請求項1から請求項13のいずれかに記載の分散体を、所望のパターンで基板上に塗布して、塗膜を形成する工程と、
     前記塗膜を焼成処理して、前記基板上に導電性パターンを形成する工程と、を具備することを特徴とする導電性パターン付構造体の製造方法。
  16.  前記焼成処理は、還元性ガスを含む雰囲気下でプラズマを発生させて行うことを特徴とする請求項15に記載の導電性パターン付構造体の製造方法。
  17.  前記焼成処理は、光照射法により行うことを特徴とする請求項15に記載の導電性パターン付構造体の製造方法。
  18.  前記焼成処理は、100℃以上の熱で前記塗膜を加熱することにより行うことを特徴とする請求項15に記載の導電性パターン付構造体の製造方法。
  19.  前記分散体を、エアロゾル法によって塗布し、前記所望のパターンを形成することを特徴とする請求項15から請求項18のいずれかに記載の導電性パターン付構造体の製造方法。
  20.  前記分散体を、スクリーン印刷によって塗布することを特徴とする請求項15から請求項18のいずれかに記載の導電性パターン付構造体の製造方法。
  21.  前記塗膜を、転写体に形成した後、前記転写体から前記基板に転写して、前記塗膜を前記基板上に形成することを特徴とする請求項14から請求項20のいずれかに記載の導電性パターン付き構造体の製造方法。
  22.  前記分散体を、転写体に塗布した後、前記転写体に凸部を接触させ、不要な分散体を取り除いて、前記転写体の表面に所望のパターンを形成する工程と、
     前記転写体の表面に前記基板を接触させることで、前記基板に前記所望のパターンを転写する工程と、を有することを特徴とする請求項15から請求項18のいずれかに記載の導電性パターン付き構造体の製造方法。
  23.  前記導電性パターンがアンテナであることを特徴とする請求項14から請求項22のいずれかに記載の導電性パターン付構造体の製造方法。
  24.  前記導電性パターンがメッシュ形状であることを特徴とする請求項23に記載の導電性パターン付構造体の製造方法。
  25.  さらに、前記導電性パターンの表面の一部にハンダ層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項14から請求項24のいずれかに記載の導電性パターン付構造体の製造方法。
  26.  リフロー法により、前記ハンダ層を介して電子部品を前記導電性パターン上にハンダ付けすることを特徴とする請求項25に記載の導電性パターン付構造体の製造方法。
  27.  基板と、
     前記基板の表面に形成された酸化第一銅含有層と、
     前記酸化第一銅含有層の表面に形成された導電性層と、を具備し、
     前記導電性層は線幅1μm以上、1000μm以下の配線であり、前記配線は還元銅を含むことを特徴とする導電性パターン付構造体。
  28.  基板と、
     前記基板の表面に形成された酸化第一銅含有層と、
     前記酸化第一銅含有層の表面に形成された導電性層と、を具備し、
     前記導電性層は線幅1μm以上、1000μm以下の配線であり、前記配線は還元銅、銅及びスズを含むことを特徴とする導電性パターン付構造体。
  29.  基板と、
     前記基板の表面に形成された導電性パターンと、を具備し、
     前記導電性パターンは線幅1μm以上、1000μm以下の配線であり、前記配線は還元銅、リン及びボイドを含むことを特徴とする導電性パターン付構造体。
  30.  基板と、
     前記基板の表面に形成された導電性パターンと、を具備し、
     前記導電性パターンは線幅1μm以上、1000μm以下の配線であり、前記配線は還元銅、銅及びスズを含むことを特徴とする導電性パターン付構造体。
  31.  前記銅のグレインサイズが0.1μm以上、100μm以下であることを特徴とする請求項28または請求項30に記載の導電性パターン付構造体。
  32.  前記導電性層または前記導電性パターンの表面の表面粗さが500nm以上4000nm以下であることを特徴とする請求項27から請求項31のいずれかに記載の導電性パターン付構造体。
  33.  前記配線がアンテナとして利用できることを特徴とする請求項27から請求項32のいずれかに記載の導電性パターン付構造体。
  34.  前記導電性層または前記導電性パターンの表面の一部にハンダ層が形成されていることを特徴とする請求項27から請求項33のいずれかに記載の導電性パターン付構造体。
  35.  基板と、
     前記基板表面に形成された導電性パターンと、を具備し、
     前記導電性パターンは線幅1μm以上、1000μm以下の配線であり、前記配線は還元銅、酸化銅及びリンを含み、前記配線を覆うように樹脂が配置されていることを特徴とする導電性パターン付構造体。
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