CN112236490B - 高导电性银油墨组合物和使用其的配线 - Google Patents

高导电性银油墨组合物和使用其的配线 Download PDF

Info

Publication number
CN112236490B
CN112236490B CN201880094320.4A CN201880094320A CN112236490B CN 112236490 B CN112236490 B CN 112236490B CN 201880094320 A CN201880094320 A CN 201880094320A CN 112236490 B CN112236490 B CN 112236490B
Authority
CN
China
Prior art keywords
ink composition
wiring
conductive
conductive metal
oleic acid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201880094320.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112236490A (zh
Inventor
山口沙织
千手康弘
矢次健一
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.)
DIC Corp
Original Assignee
DIC Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by DIC Corp filed Critical DIC Corp
Publication of CN112236490A publication Critical patent/CN112236490A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112236490B publication Critical patent/CN112236490B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41MPRINTING, DUPLICATING, MARKING, OR COPYING PROCESSES; COLOUR PRINTING
    • B41M1/00Inking and printing with a printer's forme
    • B41M1/12Stencil printing; Silk-screen printing
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D11/00Inks
    • C09D11/02Printing inks
    • C09D11/03Printing inks characterised by features other than the chemical nature of the binder
    • C09D11/033Printing inks characterised by features other than the chemical nature of the binder characterised by the solvent
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D11/00Inks
    • C09D11/02Printing inks
    • C09D11/03Printing inks characterised by features other than the chemical nature of the binder
    • C09D11/037Printing inks characterised by features other than the chemical nature of the binder characterised by the pigment
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D11/00Inks
    • C09D11/02Printing inks
    • C09D11/10Printing inks based on artificial resins
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D11/00Inks
    • C09D11/02Printing inks
    • C09D11/10Printing inks based on artificial resins
    • C09D11/102Printing inks based on artificial resins containing macromolecular compounds obtained by reactions other than those only involving unsaturated carbon-to-carbon bonds
    • C09D11/103Printing inks based on artificial resins containing macromolecular compounds obtained by reactions other than those only involving unsaturated carbon-to-carbon bonds of aldehydes, e.g. phenol-formaldehyde resins
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D11/00Inks
    • C09D11/02Printing inks
    • C09D11/14Printing inks based on carbohydrates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D11/00Inks
    • C09D11/52Electrically conductive inks
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/20Conductive material dispersed in non-conductive organic material
    • H01B1/22Conductive material dispersed in non-conductive organic material the conductive material comprising metals or alloys
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B13/00Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B5/00Non-insulated conductors or conductive bodies characterised by their form
    • H01B5/14Non-insulated conductors or conductive bodies characterised by their form comprising conductive layers or films on insulating-supports
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/09Use of materials for the conductive, e.g. metallic pattern
    • H05K1/092Dispersed materials, e.g. conductive pastes or inks
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/10Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern
    • H05K3/12Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern using thick film techniques, e.g. printing techniques to apply the conductive material or similar techniques for applying conductive paste or ink patterns
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/10Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern
    • H05K3/12Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern using thick film techniques, e.g. printing techniques to apply the conductive material or similar techniques for applying conductive paste or ink patterns
    • H05K3/1216Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern using thick film techniques, e.g. printing techniques to apply the conductive material or similar techniques for applying conductive paste or ink patterns by screen printing or stencil printing
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/22Secondary treatment of printed circuits
    • H05K3/227Drying of printed circuits
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41MPRINTING, DUPLICATING, MARKING, OR COPYING PROCESSES; COLOUR PRINTING
    • B41M7/00After-treatment of prints, e.g. heating, irradiating, setting of the ink, protection of the printed stock
    • B41M7/009After-treatment of prints, e.g. heating, irradiating, setting of the ink, protection of the printed stock using thermal means, e.g. infrared radiation, heat

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Inks, Pencil-Leads, Or Crayons (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)
  • Parts Printed On Printed Circuit Boards (AREA)

Abstract

本发明提供成本低且导电性高的银油墨组合物和使用其的配线的制造方法。一种丝网印刷用导电性油墨组合物,为含有具有油酸表面活性剂的导电性金属粒子(A)、非氯系树脂组合物(B)和有机溶剂(C)的导电性油墨组合物,导电性金属粒子(A)相对于总油墨组成为45~70重量%,非氯系树脂组合物(B)的数均分子量为50,000以上且相对于总油墨组成为5~15重量%,有机溶剂(C)的闪点为75~110℃且相对于总油墨组成为25~50重量%,油墨组合物的剪切速率100s‑1时的油墨粘度为10~25Pa·s(23℃)。以及使用该油墨组合物的配线的制造方法。

Description

高导电性银油墨组合物和使用其的配线
技术领域
本发明涉及高导电性银油墨组合物和使用其的配线。
背景技术
作为触摸屏、电子纸和各种电子部件中所使用的配线、电极等配线的形成方法,已知有印刷法或者蚀刻法。
在通过蚀刻法形成配线时,在蒸镀了各种金属膜的基板上通过光刻法形成配线化的抗蚀膜后,将不需要的蒸镀金属膜化学地或电化学地溶解除去,最后还需要将抗蚀膜除去,其工序非常繁杂,量产性差。
另一方面,通过印刷法能够以低成本进行所希望的配线的大量生产,而且,通过使印刷涂膜干燥或固化,从而能够容易地赋予导电性。作为这些印刷方式,考虑到想要形成的配线的线宽、厚度、生产速度,提出了柔版印刷、丝网印刷、凹版印刷、凹版胶印、喷墨印刷等。
为了进一步提高印刷方式的生产性,近年来正在进行卷对卷(Roll to Roll)的研究。在以往的1张1张印刷的单张型的印刷方式中,由于每次都需要更换基材,每1张就需要15~30秒的时间,而卷对卷的印刷方式中,由于连续地供给基材,每1张所需的时间仅为数秒。
以往单张型所应用的导电性油墨的烧成时间大多需要30分钟,在将这些油墨用于卷对卷时,就需要长的烧成炉,由于对制造空间带来很大压力而不现实。对于要求用于卷对卷的导电性油墨,需要在以往的油墨所不可能达到的60秒左右的烧成时间来表现出导电性。
这样的导电性油墨中使用金、银、铜这样的导电性金属粉体。这些导电性金属粉体在刚刚制造后,粒径越小则其表面的活化程度就越高,例如在空气、氧存在时容易被氧化,在金属表面形成金属氧化物的薄膜。但是,这样的金属氧化物的薄膜由于与金属自身相比导电性差,因此必须采取使下降的导电性得到提高的方法。
为了使活性的导电性金属粉体的表面难以接触空气、氧,尝试了通过添加油酸、硬脂酸这样的长链脂肪酸来被覆导电性金属粉体的表面以抑制氧化,但即使是这样的方法,也还是不能避免与金属自身相比导电性变差的缺点。
在专利文献1中,反复进行银粉的清洗,直至能够从银粉提取的脂肪酸达到50ppm以下,其结果是,虽然提高了阳离子系固化剂的催化剂活性,使得导电性变好,但没有提及的是,如果进行提取直至脂肪酸量达到50ppm以下,则银粉彼此会开始凝集,油墨中粗大粒子增大。
此外,油墨中所含银粉含量为70~75重量%,其原料成本不能说是低价格,此外,由于所使用的粘合剂树脂是低分子量型的,为了赋予丝网印刷适合性,油墨配比就要是高银粉含量且不挥发成分80重量%的设计。
专利文献2中,在110~150℃加热5~1小时,使能够从银粉中提取的脂肪酸为100ppm以下,虽然导电性变好,但其也没有提及所产生的粗大粒子。
此外,由于银粉形状为球状、粘合剂树脂为低分子量型,为了赋予印刷适合性,油墨配比就需要是银粉含量80重量%以上且不挥发成分90重量%以上的设计,原料成本不能实现低价格。
专利文献3中,为了在丝网印刷后以低膜厚实现高导电性,除了限定银粉的脂肪酸种类、银粉形状之外,还通过选择分子量高的树脂,来实现银粉含量64重量%、不挥发成分70重量%的低银粉量且低不挥发成分的油墨配比,但能够选择的树脂仅为作为氯系树脂的聚偏氯乙烯。
如专利文献3那样,在以低银粉含量设计油墨时,需要选定能以少量来易于表现出粘度的粘合剂树脂,并且,为了成为在150℃以下的低温烧成就能得到涂膜的导电性的组成,粘合剂树脂中使用聚氯乙烯(PVC)、聚偏氯乙烯(PVDC)或其共聚物等的氯化树脂是熟知的。这是因为通常在150℃以上发生的氯化树脂的分解反应会因为银粉末的催化剂作用而在120℃左右发生,因而易于得到导电性。原子半径大的氯离子的脱离会使在涂膜内银粉彼此更接近,因而表现出导电性。这样的现象也由于如下的情况而被熟知:通过涂膜的成分分析,除了氯化银外还生成大量的环状有机物。
但是,氯化树脂因与水接近而容易离子化,不仅诱发银的离子化、成为迁移的原因之一,还被分类为阻燃性的卤素物质,很难实现满足电子设备制造商的绿色采购标准的组成。
此外,在导电性金属粉体表面使用的硬脂酸在用于金属涂料的铝颜料中有许多实际应用。已知通过使用饱和脂肪酸,铝粒子在涂膜表面高密度排列且成为高辉度。虽然设想通过在银油墨组合物使用硬脂酸,“促进有效的排列”、得到流过银粉间的导电通路,但未有明确的说明。
专利文献1:日本特愿2010-232437公报
专利文献2:日本特愿2013-047869公报
专利文献3:日本特愿2011-537679公报
发明内容
发明要解决的问题
在以低成本设计导电性油墨时,减少占原材料成本90%以上的银粉是最有效的,但为了维持导电性,就必须维持银粉与粘合剂树脂的比率。如果为了低成本化而设为低不挥发成分的油墨组成,则必然导致粘合剂树脂的总量减少,粘度极端降低,难以得到合适的丝网印刷适合性。
此外,市售那样的导电性金属粉体为了维持粒子状态下的经时稳定性,使用了过量的表面被覆剂,因而在卷对卷这样的60秒左右的烧成时间中,难以形成粒子彼此的导电性通路、获得导电性。
用于解决课题的方法
本发明中,为了得到低成本且高导电性的银油墨组合物,需要小粒径且低振实密度的薄片状的银粉,在以少量来得到高粘度的粘合剂树脂中,需要高分子量的粘合剂树脂。
进一步,为了增多涂膜内的银粉导电通路,想要使银粉的排列成为无规的,因此银粉表面优选为作为不饱和脂肪酸的油酸。优选油酸仅覆盖银粉的最外表面,在银粉表面被厚膜被覆这样的状态下,难以得到有效的导电通路。而且,为了维持粒子状态,需要使所需最低限的油酸残留,将多余的脂肪酸在油墨化前从油墨组成体系内除去。
即,本发明是:
(1)一种丝网印刷用导电性油墨组合物,为含有具有油酸表面活性剂的导电性金属粒子(A)、非氯系树脂组合物(B)和有机溶剂(C)的丝网印刷用导电性油墨组合物,导电性金属粒子(A)相对于总油墨组成为45~70重量%,非氯系树脂组合物(B)的数均分子量为50,000以上且相对于总油墨组成为5~15重量%,有机溶剂(C)的闪点为75~110℃且相对于总油墨组成为25~50重量%,油墨组合物的剪切速率100s-1时的油墨粘度为10~25Pa·s(23℃)。
(2)如前述(1)记载的丝网印刷用导电性油墨组合物,前述具有油酸表面活性剂的导电性金属粒子(A)的形状为薄片状、中值粒径为1~8μm、比表面积为1.0~2.0m2/g、振实密度为1.5~4.0g/cm3
(3)如前述(1)或(2)记载的丝网印刷用导电性油墨组合物,前述具有油酸表面活性剂的导电性金属粒子(A)中的游离油酸量为100~350ppm。
(4)一种配线的制造方法,其特征在于,包括将前述(1)~(3)任一项记载的丝网印刷用导电性油墨组合物印刷于基材上、形成配线的配线形成工序、以及将配线进行干燥的干燥工序。
(5)如前述(4)记载的配线的制造方法,其特征在于,前述干燥工序中的干燥温度为150℃以下,干燥时间为30分钟以下。
(6)一种配线,使用前述(1)~(3)任一项记载的丝网印刷用导电性油墨组合物来形成。
发明效果
本发明的导电性油墨组合物由于在油墨组成中所含银粉含量少,在成为低原料成本的同时具有合适的高粘度,因而能够适用于丝网印刷,印刷膜在150℃60秒的极短时间的烧成条件中,能够表现出20μΩ·cm以下的高导电性。
具体实施方式
(导电性金属粉体)
作为本发明中使用的导电性金属粉体(A)的金属种类,可以使用公知的金属中的任一种。例如可列举作为镍、铜、金、银、铝、锌、镍、锡、铅、铬、铂、钯、钨、钼等以及这些中的2种以上的合金、混合体或这些金属的化合物的具有良好导电性的材料。尤其是,银粉容易实现稳定的导电性且热传导特性也良好,因而优选。
导电性金属粉体(A)从刚刚制造后开始,就会有因表面活性而粒子彼此再凝集的情况,例如在空气、氧的存在下容易被氧化而在金属表面形成金属氧化物的薄膜的情况。为了防止这样的以表面活性为原因的品质劣化,就需要由例如油酸、硬脂酸等表面活性剂来被覆导电性金属粉体(A)。
本发明中使用的导电性金属粉体(A)是由油酸表面活性剂被覆的导电性金属粉体。如果将导电性金属粉体与油酸混合,则会形成导电性金属粉体与油酸结合的部位。导电性金属粉体与油酸的反应例如通过在10~80℃在10分钟~24小时使二者接触来进行。该反应在理论上可以通过均匀混合与导电性金属粉体(A)的表面积相对应的油酸量来进行。导电性金属粉体(A)表面的油酸与金属的结合部位不易于从其内部存在的金属自身脱离,作为导电性金属粉体(A)而一体化。
为了使导电性金属粉体不凝集而成为易于操作的粉体,从提高将导电性金属粉体与油酸这两者在短时间内均匀混合的生产性的观点出发,油酸的使用量设为必要以上,很多情况下要大量过剩。
但是,大量过剩的油酸由于以必要以上的程度覆盖导电性金属粉体(A)的表面,在涂膜烧成后,会阻碍导电性粒子(A)彼此接近,难以形成导电通路,会使导电性恶化。
本发明人发现,通过使用使与导电性金属粉体结合的油酸之外的不用于结合的油酸减少、换而言之使无规地存在于金属表面的游离脂肪酸减少的导电性金属粉体,能够形成导电性更优的印刷配线。
在将市售的导电性金属粉体用于形成印刷配线时,作为导电性粒子(A),游离的油酸含量优选为100~350ppm。游离油酸含量如果为100ppm以下,则会在导电性粒子(A)中产生无数的粗大粒子并混入到油墨组成中。如果为350ppm以上,在从导电性的观点出发,不会发挥效力。
市售的油酸处理后的导电性金属粉体在达不到如上那样的合适的导电性金属粉体时,就需要降低在金属表面无规地存在的游离油酸来达到所要的状态。作为以此为目的的方法,可以采用公知惯用的方法,但与通过由溶解油酸的各种有机溶剂清洗导电性金属粉体的方法相比,从不需要处理废弃溶剂且简便的角度考虑,优选采用例如将导电性金属粉体加热来除去游离的脂肪酸的方法。
需说明的是,本发明中的导电性金属粉体中含有的游离脂肪酸量通过如下方式来算出。
1)将导电性金属粉体5g与一级试剂四氢呋喃(THF)5g混合,放入带有盖子的玻璃容器(内径20mm,高度45mm)。
2)上述圆玻璃容器放入超声波清洗装置(BRANSON公司制、型号3510),在室温下、频率42kHz、1小时的条件下搅拌。
3)搅拌结束后,将玻璃容器设置于离心分离机中,在室温下、1500rpm、10分钟的条件进行离心分离处理,分取出上清液(THF溶液)作为试样液。
4)用微注射器从试样液中取出1μL,进行油酸的GC-MS测定(m/z 33~700扫描,SHIMADZU公司制的型号GC2010)。
5)气相色谱-质量分析(GC-MS)测定中,预先调制油酸的规定浓度的标准试样液,制作校正曲线,根据由上述试样液的测定中检测出的数值,算出与THF混合前的导电性金属粉体中所含游离脂肪酸的绝对质量,将该绝对质量除以与THF混合前的导电性金属粉体的质量,从而算出导电性金属粉体(A)的游离脂肪酸量。
(银粉)
在使用银粉作为本发明中的导电性金属粉体(A)时,导电性金属粉体(A)的形状为薄片状,中值粒径为1~8μm,比表面积为1.0~2.0m2/g、振实密度为1.5~4.0g/cm3,从导电性和印刷适合性考虑是优选的。
作为这样的市售银粉,例如可列举下述表1。
(表1)
Figure GDA0002818027740000071
通过对上述以外的市售导电性金属粉体进行加工,也能落入本发明的范围内。即,可以通过将中值粒径为0.5~5.0μm的球状或薄片状的银粉在油酸存在下采用干式或湿式法使用珠磨机、球磨机或研磨机等公知装置进行高速研磨来获得。分散时使用的珠粒优选直径为0.1~3.0mm的氧化锆或氧化硅珠粒。
上述的球状银粉也可以通过将溶解了硝酸银的氢氧化钠水溶液采用以福尔马林水溶液等进行的还原析出法来制作。
在将任一种银粉用作本发明的导电性金属粉体的情况下,由上述方法求出游离油酸量,在含有上述游离油酸的情况下,优选例如通过在120~180℃加热5~1小时来降低导电性金属粉体中所含的游离油酸后再使用。
在如油酸这样为分子内含有双键的脂肪酸时,会有碳链在该双键部分被切断、生成链长更短的脂肪酸的情况。在这样的情况下,链长更短的脂肪酸与金属的结合部位也会形成在导电性金属粉体的表面。作为本发明中的导电性金属粉体(A),也可以使用这样的粉体。
导电性金属粉体(A)的配合量相对于总油墨组成优选为45~70重量%。进一步优选为45~60重量%。以这种方式,占导电性油墨组合物的原料成本90%的导电性金属粉体(A)的配合量在范围内越少,则从低成本角度越优选。如果为45重量%以下,则因为事实上难以实现能得到丝网印刷适合性的程度的高粘度化,因而不能说优选。
(非氯系树脂组合物)
此外,本发明的导电性油墨含有非氯系树脂组合物(B)。非氯系树脂组合物(B)在印刷后形成树脂皮膜,将导电性金属粉体(A)固着在后述的被印刷物上。
本发明的导电性油墨不仅需要为低不挥发成分,同时还要求设为能够进行丝网印刷的高粘度,因而油墨组合物中使用的非氯系树脂组合物(B)的数均分子量优选为50,000以上。如果数均分子量为50,000以下,则油墨组合物不能为高粘度,丝网印刷适合性会变得不充分,或者匹配至高粘度时,油墨组合物成为高不挥发成分。
非氯系树脂组合物(B)优选其能够单独形成良好的皮膜。优选其自身在50℃成为固体,同时在后述的有机溶剂(C)中可溶。
作为这样的非氯系树脂组合物(B),有各种合成树脂,例如,可列举聚酯、(甲基)丙烯酸酯的均聚物、(甲基)丙烯酸酯与其他含有不饱和双键的单体的共聚物、聚苯乙烯、苯乙烯单体与其他含有不饱和双键的单体的共聚物、酮-甲醛缩合物、其氢化物、聚乙烯醇缩乙醛、聚乙烯醇缩丁醛、聚氨酯、乙基纤维素等,这些可以单独使用或并用从这些中选择的1种以上。
作为这样的非氯系树脂组合物(B)的市售品,例如可列举下述表2。
(表2)
Figure GDA0002818027740000081
非氯系树脂组合物(B)的配合量相对于总油墨组成优选为4.5~7.0重量%。为了得到丝网印刷适合性而高粘度化,如果配合超过7.0重量%,则相对于导电性金属粉体(A)而过剩地存在非氯系树脂组合物(B),使用导电性油墨组合物的涂膜的导电性降低。如果为了提高涂膜的导电性而以4.5重量%以下配合非氯系树脂组合物(B),则导电性油墨组合物无法达到可获得丝网印刷适合性的高粘度。
例如,在120~180℃加热5~1小时的导电性金属粉体(A)中配合具有例如缩水甘油基、羟基等反应基团的非氯系树脂组合物(B)时,不需要配合与非氯系树脂组合物(B)反应的固化剂和固化助剂。这是因为,由于除去了游离油酸的导电性金属粉体(A)自身带来的催化剂效果或者因加热而活化的导电性金属粉体(A),非氯系树脂组合物(B)的反应基发生自身反应,提高耐溶剂性。
不含固化剂或固化助剂的本发明的导电性油墨组合物在室温和40℃、50℃的加温促进试验中,几乎不发生经时的粘度变化。
(有机溶剂)
为了调节粘度、涂布性等,本发明的导电性油墨组合物含有有机溶剂(C),该有机溶剂(C)能够溶解非氯系树脂组合物(B)且不具有与该非氯系树脂组合物(B)的反应性并且常压下的闪点为75~110℃。如果闪点为75℃以下,则在丝网印刷中的版上油墨粘度容易升高,在增加连续印刷张数的同时,有通过印刷形成的线宽变细的倾向。如果闪点超过110℃,则在作为本发明的课题的60秒的短时间烧成中,在涂膜内溶剂不会飞散而残留在涂膜内,得不到高导电性。
作为这样的有机溶剂(C),可以使用例如乙二醇醚、乙二醇醚乙酸酯、乙二醇二醚、酯等公知惯用的有机溶剂中的任一种。其中,优选选择不影响丝网版的乳剂、橡胶制的刮刀那样的适合丝网印刷的有机溶剂。这些可以单独使用或并用从这些中选择的1种以上。
作为这样的有机溶剂(C)的市售品,例如可列举下述表3。
(表3)
Figure GDA0002818027740000101
本发明的导电性油墨中的有机溶剂(C)的含有率只要是能够得到丝网印刷适合性的范围就没有特别限定,为了降低原料成本,想要尽可能降低油墨的不挥发成分,因此优选为23~49.5质量%。如果为该范围,则油墨粘度更合适,在丝网印刷中,能够形成没有画线的渗色、没有线粗的良好的印刷配线。
本发明的导电性油墨中含有高沸点的有机溶剂(C),但由于通过丝网印刷形成的印刷配线的膜厚为5~15μm,是非常薄的膜,即使不进行直至实际所使用的导电性油墨所含有的有机溶剂(C)的沸点的加热,通过加热至闪点附近,即可将该有机溶剂(C)充分除去。
(油墨粘度)
丝网印刷中,伴随着油墨大体上的2个状态变化确立印刷形状。即:
1.油墨在版上进行一定的旋转并前进,填充至丝网网眼的开口中;
2.填充后,通过将版剥离,在基材上残留的糊剂保持形状。
在上述印刷中油墨的状态变化中,通过使油墨粘度合适,能够得到印刷物的良好直线性、渗色少、线粗少的印刷物。
也就是说,关于合适的用于丝网印刷的油墨粘度,设为剪切速率1s-1时的油墨粘度为35Pa·s以上,并且在该剪切速率100s-1时的油墨粘度为10~25Pa·s是最合适的。
本发明的导电性油墨中,除了上述成分以外,根据需要,还可以适当适量配合分散剂、消泡剂、剥离剂、流平剂、增塑剂等各种添加剂。
本发明的导电性油墨可以以任意方法涂布或者印刷到例如塑料膜、陶瓷膜、硅晶片、玻璃或金属板的任何被印刷物上来形成配线。但是,可以展示本发明的导电性油墨的真正价值的地方在于在得到配线时,作为被印刷物,是不能暴露于高温的PET薄膜或以其作为支撑体的ITO薄膜那样的透明导电性膜。
在本发明的导电性油墨的调制中,在要印刷的被印刷物为塑料膜这样的耐热性差的情况下,优选不含有在低于导电性金属粉体(A)的熔点熔融且具有将上述导电性金属粉体(A)粘着到被印刷物上的功能的例如玻璃料这样的无机粘着剂。本发明的导电性油墨中,主旨仅在于基于非氯系树脂组合物(B)来将导电性金属粉体(A)固着于被印刷物,通过含有该无机粘着剂,不仅不得不使得导电性金属粉体(A)自身的含有率降低,难以实现基于该含有率的优异导电性,同时还会降低对被印刷物的固着性,因而不优选。
在上述丝网印刷中,通过对在被印刷物上形成的与配线相对应的印刷配线进行烧成,能够得到导电性。在该烧成中,可以依次进行将该油墨中所含有的有机溶剂(C)除去和非氯系树脂组合物(B)的制膜,也可以将二者同时进行。
在有机溶剂(C)的除去和非氯系树脂组合物(B)的制膜时,可以采用利用热源的加热、氙闪光灯照射、极超短波照射、近红外线照射、远红外线照射等公知惯用的方法。在使用不能暴露于高温的PET薄膜或以其为支撑体的ITO薄膜这样的透明导电性薄膜作为被印刷物的情况下,优选选定上述固化反应在150℃以下来进行制膜的那样的油墨原料,并在150℃以下进行烧成。
如此一来,关于使用本发明的合适的热固化性导电性油墨在被印刷物上设置的印刷配线,例如,通过使用箱式炉在80~150℃加热5~10分钟来成为固化皮膜,成为烧成后的印刷配线,表现出导电性。
此外,在使用搭载了薄膜的卷曲开卷功能的卷对卷的炉(即转炉(reel oven))的烧成中,通过在80~150℃加热30~90秒来成为固化皮膜,成为烧成后的印刷配线,表现出导电性。
如上所述,使用本发明的合适的导电性油墨的配线能够在低温且短时间内形成,因而在与陶瓷薄膜、玻璃或金属板这样的耐热性高的被印刷物相比耐热性更低、容易热变形的非耐热性被印刷物上形成配线时,尤其能显著发挥本发明的合适的导电性油墨的特征。这样一来,本发明的合适的导电性油墨在固化皮膜为非耐热性的被印刷物上形成的配线能够适合用作在非耐热性的被印刷物上形成的配线。
这样一来,设有利用本发明的导电性油墨通过丝网印刷法形成的配线的各种被印刷物中,作为配线,可以根据需要来进行进一步配线,从而可以制成各种电气部件、电子部件。
作为使用本发明的导电性油墨的最终制品,例如可列举触控感应器、RFID、传感器、薄膜太阳能电池、电子纸、有机EL照明等电子设备。
实施例
对实施例和比较例进行说明。这里的“%”如无特别说明表示“重量%”。
(银粉)
对于银粉A~C,直接使用市售的银粉。银粉D~E是通过对银粉C加热而得到的改变了游离油酸含量的银粉。银粉D是在160℃加热90分钟,银粉E是在160℃加热150分钟。关于上述银粉的制造方法,与用溶解油酸的那样的有机溶剂清洗导电性金属粉体的银粉的制造方法相比,无需处理提取油酸时产生的废弃溶剂,单元操作更加简便。各自的物性值、游离油酸量记载于表4。
(表4)
Figure GDA0002818027740000121
中值粒径使用MicrotracBEL公司制造的Microtrac MT3000II系列来测定。
比表面积使用MicrotracBEL公司制造的BELSORP-MR6按照JIS Z 8830来测定。
振实密度测定按照JIS Z 2512来测定。
(树脂)
树脂a~e直接使用市售的树脂。树脂的详细情况记载于表5。
(表5)
Figure GDA0002818027740000131
数均分子量采用各公司所标称的值。
是否含有氯按照JIS K 7229来对树脂中的氯进行定量。通过该定量方法,将氯含量为1000ppm以上的树脂记载为“有”,1000ppm以下的树脂记载为“无”。
(溶剂)
溶剂I~V直接使用市售的溶剂。溶剂的详细信息记载于表6。
溶剂的闪点、沸点采用各公司所标称的值。
(表6)
Figure GDA0002818027740000132
按照以下表7~8所记载的重量%使用各原料,将这些原料充分混合,调整作为实施例的本发明的各导电性油墨和作为比较例的以往的各导电性油墨。
对这些各导电性油墨,通过以下的测定项目来评价导电油墨特性。其评价结果合并记载于以下表7~8。
(粘度)
使用旋转时流变仪来测定25℃时的各导电性油墨在100s-1的剪切速率时的粘度。
(体积电阻率)
使用敷料器在东洋纺公司制造的PET薄膜COSMOSHINE A4100的背面(未处理面)涂布导电性油墨,使得烧成后的膜厚为8μm,在转炉中在150℃烧成60秒。使用该烧成涂膜用Loresta GP MCP-T610(三菱化学(株)制造)通过四探针法来测定。体积电阻率是导电性高低的尺度。
(密合性)
与上述的体积电阻率的评价同样地操作,使用在东洋纺公司制PET薄膜COSMOSHINE A4100的背面上制作的油墨涂膜,按照K5600-5-6来进行试验,依据评价基准来进行评价。
(印刷适合性)
使用丝网印刷机,制作线宽50~200μm的配线。显微观察上述配线中线宽100μm的线,依据以下基准评价细线再现性。
○:线的直线性优异,没有模糊、渗色、断线部位
×:线的直线性差,有模糊、渗色、断线部位
实施例
(表7)
Figure GDA0002818027740000151
在实施例1~4中使用的导电性油墨的粘度合适,所得到的配线的体积电阻率低,基材密合性好,印刷适合性也良好。
比较例
(表8)
Figure GDA0002818027740000152
比较例1中,由于溶剂的闪点过高,烧成后得到的导电性不充分。
比较例2中,由于溶剂的闪点过低,印刷中在版上引起油墨干燥,画线形状差。
比较例3中,由于树脂量过多,油墨粘度高,画线形状差。
比较例4中,由于树脂使用了氯化树脂,不适合于本发明的目的。
比较例5中,由于使用了氯化树脂且分子量低,粘度低且画线形状差。
比较例6中,由于树脂的分子量低,油墨粘度低且画线形状差。
比较例7中,由于使用球形银,油墨粘度低且游离的油酸量不充分、导电性低。
比较例8中,由于比表面积低且振实密度高,油墨粘度低。此外,油酸量的游离操作不充分、导电性差。
比较例9中,油酸量的游离操作不充分、导电性差。
比较例10中,油酸量的游离操作过度,油墨中的粗大粒子多,印刷物中的缺陷多。

Claims (5)

1.一种丝网印刷用导电性油墨组合物,是含有具有油酸表面活性剂的导电性金属粒子(A)、非氯系树脂组合物(B)和有机溶剂(C)的丝网印刷用导电性油墨组合物,
导电性金属粒子(A)相对于总油墨组成为45~70重量%,
非氯系树脂组合物(B)的数均分子量为50,000以上且相对于总油墨组成为5~15重量%,
有机溶剂(C)的闪点为75~110℃且相对于总油墨组成为25~50重量%,23℃时油墨组合物的剪切速率100s-1时的油墨粘度为10~25Pa·s,
所述具有油酸表面活性剂的导电性金属粒子(A)中的游离油酸量为100~350ppm。
2.根据权利要求1所述的丝网印刷用导电性油墨组合物,
所述具有油酸表面活性剂的导电性金属粒子(A)的形状为薄片状,中值粒径为1~8μm,比表面积为1.0~2.0m2/g,振实密度为1.5~4.0g/cm3
3.一种配线的制造方法,其特征在于,
具有将权利要求1或2所述的丝网印刷用导电性油墨组合物印刷于基材上、形成配线的配线形成工序、以及将配线进行干燥的干燥工序。
4.根据权利要求3所述的配线的制造方法,其特征在于,
所述干燥工序中的干燥温度为150℃以下,干燥时间为30分钟以下。
5.一种配线,使用权利要求1或2所述的丝网印刷用导电性油墨组合物来形成。
CN201880094320.4A 2018-06-12 2018-08-30 高导电性银油墨组合物和使用其的配线 Active CN112236490B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018-111957 2018-06-12
JP2018111957 2018-06-12
PCT/JP2018/032099 WO2019239610A1 (ja) 2018-06-12 2018-08-30 高導電性銀インク組成物、及びこれを用いた配線

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112236490A CN112236490A (zh) 2021-01-15
CN112236490B true CN112236490B (zh) 2022-10-28

Family

ID=68842928

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880094320.4A Active CN112236490B (zh) 2018-06-12 2018-08-30 高导电性银油墨组合物和使用其的配线

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11939482B2 (zh)
KR (1) KR102565836B1 (zh)
CN (1) CN112236490B (zh)
TW (1) TWI770272B (zh)
WO (1) WO2019239610A1 (zh)

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101085487B1 (ko) * 2008-08-13 2011-11-21 주식회사 에프피 스크린인쇄용 전도성 페이스트 조성물 및 이를 이용한 스크린 인쇄방법
US7857998B2 (en) 2008-11-24 2010-12-28 E. I. Du Pont De Nemours And Company High conductivity polymer thick film silver conductor composition for use in RFID and other applications
JP2010232437A (ja) 2009-03-27 2010-10-14 Kyocera Corp 配線基板および電子モジュール
JP2012089252A (ja) * 2010-10-15 2012-05-10 Sony Chemical & Information Device Corp 熱硬化型銀ペースト
US9449733B2 (en) * 2011-03-15 2016-09-20 Lg Chem, Ltd. Conductive ink composition, printing method using the same and conductive pattern manufactured by the same
JP2012253172A (ja) * 2011-06-02 2012-12-20 Toyo Ink Sc Holdings Co Ltd 導電性回路の製造方法
JP5817341B2 (ja) 2011-08-29 2015-11-18 富士通株式会社 情報処理方法、プログラム及び装置
JP6031882B2 (ja) * 2012-08-07 2016-11-24 Dic株式会社 導電性インキ組成物、導電性パターンの製造方法及び導電性回路
TW201435915A (zh) 2013-03-11 2014-09-16 Dainippon Ink & Chemicals 導電性金屬粒子之製造方法及導電性糊料
TWI500737B (zh) * 2013-05-06 2015-09-21 Chi Mei Corp 導電性接著劑
JP2016204527A (ja) * 2015-04-23 2016-12-08 アルプス電気株式会社 導電性インク組成物、導電部材、導電部材の製造方法、電気・電子部品および電気・電子機器
JP6103126B1 (ja) * 2016-01-29 2017-03-29 東洋インキScホールディングス株式会社 導電性組成物、その製造方法、および導電性材料

Also Published As

Publication number Publication date
US20210155820A1 (en) 2021-05-27
KR20210018279A (ko) 2021-02-17
TW202000808A (zh) 2020-01-01
CN112236490A (zh) 2021-01-15
KR102565836B1 (ko) 2023-08-10
WO2019239610A1 (ja) 2019-12-19
US11939482B2 (en) 2024-03-26
TWI770272B (zh) 2022-07-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6592363B2 (ja) 薄膜印刷用導電性組成物及び薄膜導電パターン形成方法
US8673049B2 (en) Low-temperature sintered silver nanoparticle composition and electronic articles formed using the same
JP5320962B2 (ja) 導電性組成物、導電性被膜の形成方法および導電性被膜
CN109564803B (zh) 透明导电成膜及透明导电图案的制造方法
JP2006517606A (ja) 低い最低硬化温度を有する高導電性インク
JP2015517184A (ja) 印刷用銅ペースト組成物及びこれを用いた金属パターンの形成方法
JP2010047716A (ja) スクリーン印刷用導電性インキ組成物及び導電性塗膜
CN108603064B (zh) 金属纳米线墨、透明导电基板和透明防静电用基板
US10049781B2 (en) Low firing silver conductor
JP4339919B2 (ja) 導電性組成物、導電性被膜の形成方法および導電性被膜
JP5608501B2 (ja) 導電パターン形成用ペースト組成物、導電パターン及びその形成方法
EP3118268A1 (en) Stabilized nanoparticles and dispersions of the stabilized nanoparticles and methods of application
CN112236490B (zh) 高导电性银油墨组合物和使用其的配线
JP2017084587A (ja) 酸化銀泥漿、導電性ペースト及びその製造方法
JP5526576B2 (ja) 導電性インキ
JP6528914B1 (ja) 高導電性銀インク組成物、及びこれを用いた配線
JP5126567B2 (ja) 導電塗料
JP2010059410A (ja) 導電性インキ
CN114902355B (zh) 电阻体膏、烧成体以及电气制品
JP2017084588A (ja) 酸化銀泥漿、導電性ペースト及びその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant