JP2008084917A - Method of forming conductive pattern - Google Patents

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透 大久保
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of forming a conductive pattern with high conductivity which uses an etching liquid with less environmental load, the reduced number of steps and low-temperature processing that is applicable even for a plastic substrate. <P>SOLUTION: The method includes at least a step to apply conductive ink composition containing at least metallic particles with an average particle size of 1 nm or more and 50 nm or less and an aqueous solvent to a substrate; a step to dry the ink composition; a step to form an etching resist pattern on the dried ink composition by printing method; a step to immerse the substrate processed in the above steps in water and to remove he dried ink composition in an area without the etching resist ink; a step to remove the etching resist; and a step to heat the substrate processed in the above steps and to produce conductivity. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は金属粒子を含むインクのパターンを形成し加熱処理することによって導電性パターンの形成を形成する方法に関するものであり、プリント回路板、多層回路基板、LCD等の配線パターンの形成に使用される。   The present invention relates to a method for forming a conductive pattern by forming an ink pattern containing metal particles and heat-treating it, and is used for forming a wiring pattern of a printed circuit board, a multilayer circuit board, an LCD, and the like. The

近年、電子機器の小型化、低コスト化および大面積化への要求から、精細な導電性パターンの形成方法について、種々の改良や新規な方法が提案されている。一つは、従来からある基板へ金属膜を形成しパターンエッチングする方法の改良であって、金属膜の形成方法と、エッチングレジストの組成とそのパターン化の方法の改良が進められている。例えば、スクリーン印刷に特に適したエッチングレジストが特許文献1に開示されている。この方法の利点は、レジストパターンをスクリーン印刷法により形成することで、レジストパターンを従来のフォトリソ法で形成する場合よりも工程数を少なくすることができる点である。この方法の問題点は、金属層のエッチング液としてヨウ素/ヨウ化カリウム(Au)、りん酸/酢酸/硝酸(Ag)、塩化第二銅や塩化第二鉄(Cu)などが必要であるが、これらの使用は環境負荷やコストの点から好ましくない。   In recent years, various improvements and new methods have been proposed for forming fine conductive patterns in response to demands for downsizing, cost reduction, and area increase of electronic devices. One is an improvement of a conventional method of forming a metal film on a substrate and performing pattern etching. Improvements in the method of forming a metal film, the composition of an etching resist, and the patterning method are being promoted. For example, Patent Document 1 discloses an etching resist particularly suitable for screen printing. The advantage of this method is that the number of steps can be reduced by forming the resist pattern by the screen printing method, compared with the case of forming the resist pattern by the conventional photolithography method. The problem with this method is that iodine / potassium iodide (Au), phosphoric acid / acetic acid / nitric acid (Ag), cupric chloride, ferric chloride (Cu), etc. are required as the etching solution for the metal layer. These uses are not preferable in terms of environmental load and cost.

第2に、金属粉末を含んだインク(ペースト)を使用する方法がある。いわゆる熱硬化型導電性インク(ペースト)とよばれるものは、単に該インクを塗布し乾燥、硬化すれば導電性を発現するタイプであるが、樹脂分があるので導電率が低い。そのため、用途が限定されている。一方、焼成型導電性インク(ペースト)と呼ばれるものはインク中の樹脂分を焼成工程で除去するとともに、金属粉末を焼結するので、導電性が高く、また信頼性も高いので、種々の用途に使用されている。例えば、特許文献2に開示されている方法は、プリント回路板、多層回路板、LCD、プラズマディスプレイ等の配線に使用できると記載されている。この方法の問題点は焼成に必要な温度が高く、プラスチック基板を使用することができない点である。特許文献2で実施例に記載されている焼成温度は800℃である。種々の工夫が行われているが現状では400℃程度が焼成温度の下限である。   Second, there is a method using an ink (paste) containing a metal powder. A so-called thermosetting conductive ink (paste) is a type that develops conductivity when it is simply applied, dried, and cured, but has a low electrical conductivity because of its resin content. Therefore, the use is limited. On the other hand, what is called fired conductive ink (paste) removes the resin content in the ink in the firing process and sinters the metal powder, so it has high conductivity and high reliability. Is used. For example, it is described that the method disclosed in Patent Document 2 can be used for wiring of printed circuit boards, multilayer circuit boards, LCDs, plasma displays, and the like. The problem with this method is that the temperature required for firing is high and a plastic substrate cannot be used. The firing temperature described in the examples in Patent Document 2 is 800 ° C. Various ideas have been made, but at present, about 400 ° C. is the lower limit of the firing temperature.

第3に、ナノメータサイズ金属粒子を分散媒に分散させたインクを用いる方法がある。加熱して金属粒子を焼結させ導電性を発現させる。金属粒子の粒径を小さくするにつれて、焼結に必要な温度が低下する。パターン化する方法として、インクジェットを使用する方法の開発が進んでいる。しかし、インクジェット法では高精細なパターンを形成することが難しい。   Third, there is a method using an ink in which nanometer-sized metal particles are dispersed in a dispersion medium. Heat to sinter the metal particles to develop conductivity. As the particle size of the metal particles is reduced, the temperature required for sintering decreases. As a patterning method, development of a method using an ink jet is in progress. However, it is difficult to form a high-definition pattern by the inkjet method.

以下に先行技術文献を示す。
特開2004−260143号公報 特開平11−307907号公報
Prior art documents are shown below.
JP 2004-260143 A Japanese Patent Laid-Open No. 11-307907

本発明はこの問題点を鑑みてなされたものであり、環境負荷の少ないエッチング液で、工程数が少なく、プラスチック基板に対しても適用可能な低温処理で、高伝導率の導電性パターンを形成することができる方法を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of this problem, and forms an electrically conductive pattern with high conductivity by low temperature treatment that can be applied to a plastic substrate with an etching solution with a small environmental load, with a small number of steps. It is an object to provide a method that can be used.

本発明は上記課題を鑑みてなされたもので、請求項1に記載の発明は、少なくとも、基材に平均粒子径が1nm以上50nm以下の金属粒子と水性溶剤とを少なくとも含む導電
性インク組成物を塗布する工程(インク塗布工程)、続いて該インク組成物を乾燥する工程(インク乾燥工程)、続いて乾燥した該インク組成物上にエッチングレジストのパターンを印刷法で形成する工程(エッチングレジストパターン形成工程)、続いて前記各工程を経た基材を水に浸漬し、該エッチングレジストインクが形成されていない領域に存在する乾燥した該インク組成物を除去する工程(エッチング工程)、続いて該エッチングレジストを除去する工程(レジスト除去工程)、続いて前記各工程を経た基材を熱処理して導電性を発現させる工程(熱処理工程)を含むことを特徴とする導電性パターンの形成方法である。
The present invention has been made in view of the above problems, and the invention according to claim 1 is a conductive ink composition comprising at least metal particles having an average particle diameter of 1 nm to 50 nm and an aqueous solvent at least on a substrate. A step of applying (ink application step), followed by a step of drying the ink composition (ink drying step), and a step of forming an etching resist pattern on the dried ink composition by a printing method (etching resist) Pattern forming step), then, immersing the substrate that has undergone each of the above steps in water to remove the dried ink composition present in the region where the etching resist ink is not formed (etching step), A step of removing the etching resist (resist removing step), and subsequently a step of heat-treating the base material that has undergone each of the above steps to develop conductivity (heat treatment) A method for forming a conductive pattern characterized in that it comprises a degree).

なお、ここで使用している「エッチング」の意味は金属粒子を溶解するのではなく、上記導電性インクを除去することを意味する。すなわち、特許文献2で使用されている「エッチング」と同じである。   Note that the term “etching” used here means that the conductive ink is removed rather than dissolving the metal particles. That is, it is the same as “etching” used in Patent Document 2.

請求項2に記載の発明は、前記エッチングレジストパターン形成工程に引き続き、該エッチングレジストを硬化する工程を行うことを特徴とする請求項1に記載の導電性パターンの形成方法である。   The invention according to claim 2 is the method for forming a conductive pattern according to claim 1, wherein a step of curing the etching resist is performed following the step of forming the etching resist pattern.

請求項3に記載の発明は、前記導電性インク組成物が、水溶性樹脂を含むことを特徴とする請求項1または2に記載の導電性パターンの形成方法である。   The invention according to claim 3 is the method for forming a conductive pattern according to claim 1 or 2, wherein the conductive ink composition contains a water-soluble resin.

請求項4に記載の発明は、前記水溶性樹脂が平均分子量200以上20,000以下のポリエチレンオキサイドであることを特徴とする請求項3に記載の導電性パターンの形成方法である。   The invention according to claim 4 is the method for forming a conductive pattern according to claim 3, wherein the water-soluble resin is polyethylene oxide having an average molecular weight of 200 or more and 20,000 or less.

請求項5に記載の発明は、前記導電性インク組成物中の金属粒子の少なくとも一部が銀粒子、あるいは/および銀合金粒子であることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の導電性パターンの形成方法である。   According to a fifth aspect of the present invention, at least a part of the metal particles in the conductive ink composition is silver particles or / and silver alloy particles. This is a method for forming a conductive pattern.

請求項6に記載の発明は、前記インク乾燥工程を非加熱雰囲気で行うことを特徴とする、請求項1ないし5のいずれかに記載の導電性パターンの形成方法である。   A sixth aspect of the present invention is the conductive pattern forming method according to any one of the first to fifth aspects, wherein the ink drying step is performed in an unheated atmosphere.

請求項7に記載の発明は、前記レジストインクがUV硬化性インクでありレジスト硬化工程をUV硬化で行うことを特徴とする、請求項2ないし5のいずれかに記載の導電性パターンの形成方法である。   7. The conductive pattern forming method according to claim 2, wherein the resist ink is a UV curable ink, and the resist curing step is performed by UV curing. It is.

請求項8に記載の発明は、前記熱処理工程における熱処理温度が120℃以上250℃以下であることを特徴とする請求項1ないし7のいずれかに記載の導電性パターンの形成方法である。   The invention according to claim 8 is the method for forming a conductive pattern according to any one of claims 1 to 7, wherein a heat treatment temperature in the heat treatment step is 120 ° C. or more and 250 ° C. or less.

本発明の導電性パターンの形成方法は、少なくとも、基材に平均粒子径が1nm以上50nm以下の金属粒子と水性溶剤とを少なくとも含む導電性インク組成物を塗布する工程(インク塗布工程)、続いて該インク組成物を乾燥する工程(インク乾燥工程)、続いて乾燥した該インク組成物上にエッチングレジストのパターンを印刷法で形成する工程(エッチングレジストパターン形成工程)、続いて前記各工程を経た基材を水に浸漬し、該エッチングレジストインクが形成されていない領域に存在する乾燥した該インク組成物を除去する工程(エッチング工程)、続いて該エッチングレジストを除去する工程(レジスト除去工程)、続いて前記各工程を経た基材を熱処理して導電性を発現させる工程(熱処理工程)を含む方法である。低温で導電性パターンを形成する従来法では必要であった金属塩や混酸を用いたエッチング工程を、行わずに低温加熱で導電性パターンを形成することが可能となった。金属粒子としてナノメータサイズのものを使用し、水性溶剤を使用してインク化し、上記プロセスを使用することで、上記効果を得ることができた。   In the method for forming a conductive pattern of the present invention, at least a step of applying a conductive ink composition containing at least metal particles having an average particle diameter of 1 nm to 50 nm and an aqueous solvent to a substrate (ink application step) is followed. A step of drying the ink composition (ink drying step), a step of forming an etching resist pattern on the dried ink composition by a printing method (etching resist pattern forming step), and then the steps described above. The step of immersing the base material in water and removing the dried ink composition present in the region where the etching resist ink is not formed (etching step), followed by the step of removing the etching resist (resist removing step) ), And then a step (heat treatment step) of heat-treating the base material that has undergone each of the steps to develop conductivity. It has become possible to form a conductive pattern by heating at a low temperature without performing an etching process using a metal salt or mixed acid, which was necessary in the conventional method for forming a conductive pattern at a low temperature. The above effect could be obtained by using nanometer-sized metal particles, forming an ink using an aqueous solvent, and using the above process.

上記のエッチングレジストパターン形成工程に引き続き、該エッチングレジストを硬化することにより、上記のエッチング工程において該エッチングレジストがより剥がれ難くなるので、上記エッチング工程をより安定して行うことができる。   Subsequent to the etching resist pattern forming step, the etching resist is cured, so that the etching resist is less likely to be peeled off in the etching step, so that the etching step can be performed more stably.

また、エッチング工程の前に金属粒子同士の融着が生じるとエッチングに支障をきたすが、前記導電性インク組成物に水溶性樹脂を添加することで、金属粒子同士の融着を防ぐことができる。   In addition, if the metal particles are fused before the etching step, the etching is hindered. However, by adding a water-soluble resin to the conductive ink composition, the metal particles can be prevented from being fused. .

また、導電性の発現には熱処理工程において水溶性樹脂が除去されることが必要であるが、前記水溶性樹脂を平均分子量200以上20,000以下のポリエチレンオキサイドとすることで、より250℃以下の低温の加熱で除去することができるようになり、また、250℃以下の低温加熱でも十分な導電性が発現するので、熱処理温度の低温化が可能となる。さらに、ポリエチレンオキサイドはエッチング液としてアルカリ性の水、酸性の水だけでなく、中性の水も使用することができる。この点も本発明の効果である。   In order to develop conductivity, it is necessary to remove the water-soluble resin in the heat treatment step. By making the water-soluble resin into polyethylene oxide having an average molecular weight of 200 or more and 20,000 or less, it is more than 250 ° C. It can be removed by heating at a low temperature, and sufficient conductivity is exhibited even at a low temperature of 250 ° C. or lower, so that the heat treatment temperature can be lowered. Furthermore, polyethylene oxide can use not only alkaline water and acidic water but also neutral water as an etching solution. This point is also an effect of the present invention.

また、前記導電性インク組成物中の金属粒子の少なくとも一部が銀粒子、あるいは/および銀合金粒子であるようにすることによって、上記の導電性を発現させるための熱処理温度を低下させることが容易になる。   In addition, by making at least a part of the metal particles in the conductive ink composition silver particles or / and silver alloy particles, the heat treatment temperature for developing the conductivity can be lowered. It becomes easy.

また、インク乾燥工程を非加熱雰囲気で行うことにより、加熱により生じ得る金属粒子同士の融着が抑制される。   In addition, by performing the ink drying step in an unheated atmosphere, fusion of metal particles that can be caused by heating is suppressed.

また、前記エッチングレジストとして熱硬化型ではなくUV硬化型を用いることで、加熱により生じ得る金属粒子同士の融着が抑制される。   Further, by using a UV curable type instead of a thermosetting type as the etching resist, fusion of metal particles that can be caused by heating is suppressed.

また、前記金属微粒子として銀を用い、熱処理工程の熱処理温度を120℃〜250℃とすることで、プラスチック基材への導電性パターンの形成が可能となる。   Moreover, it is possible to form a conductive pattern on a plastic substrate by using silver as the metal fine particles and setting the heat treatment temperature in the heat treatment step to 120 ° C. to 250 ° C.

本発明の導電性パターンの形成例として、前記エッチングレジストに硬化型のものを使用した場合の工程を図1に基づいて、以下に工程順に示す。
(a)インク塗布工程:まず、基材1に平均粒子径が1nm以上50nm以下の金属粒子と水性溶剤とを少なくとも含む導電性インク組成物2を塗布する。
(b)インク乾燥工程:該インク組成物2を乾燥する。
(c)エッチングレジストパターン形成工程:乾燥した該インク組成物3上にエッチングレジスト4のパターン形成を印刷によって形成する。
(d)レジスト硬化工程:該レジストインク4を硬化する。
(e)エッチング工程:前記工程を経た基材を水に浸漬し、該レジストインクが形成されていない領域に存在する乾燥した該インク組成物を除去する。
(f)レジスト剥離工程:硬化したレジストインク5を剥離する。
(g)熱処理工程:上記工程を経た基材を熱処理する。
以上の工程により導電性パターン6が形成される。
As an example of forming the conductive pattern of the present invention, the steps in the case of using a curable resist for the etching resist are shown below in the order of steps based on FIG.
(A) Ink application step: First, the conductive ink composition 2 containing at least metal particles having an average particle diameter of 1 nm to 50 nm and an aqueous solvent is applied to the substrate 1.
(B) Ink drying step: The ink composition 2 is dried.
(C) Etching resist pattern forming step: A pattern of the etching resist 4 is formed on the dried ink composition 3 by printing.
(D) Resist curing step: The resist ink 4 is cured.
(E) Etching step: The base material that has undergone the above step is immersed in water to remove the dried ink composition present in the region where the resist ink is not formed.
(F) Resist peeling process: The cured resist ink 5 is peeled off.
(G) Heat treatment process: The base material which passed through the said process is heat-processed.
The conductive pattern 6 is formed by the above process.

各種材料および各工程の詳細について以下に説明する。
(材料)
基材は、導電性インク組成物が塗布可能かつ熱処理に耐えるものなら何れも用いることが可能であるが、特に本発明の導電性パターンは250℃以下の温度でも良好な導電性が
発現することを目標とし、実現したので、ソーダライムガラス、石英、シリコンウエハーなどの材料とともに、プラスチック基材のいくつかも用いることも可能である。例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、シクロオレフィンポリマー、ポリイミド(PI)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリカーボネート(PC)、ポリアリレートなどのプラスチックを使用することができる。
Details of various materials and each process will be described below.
(material)
Any substrate can be used as long as the conductive ink composition can be applied and it can withstand heat treatment. In particular, the conductive pattern of the present invention exhibits good conductivity even at a temperature of 250 ° C. or lower. It is possible to use some plastic substrates together with materials such as soda lime glass, quartz, and silicon wafers. For example, polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), cycloolefin polymer, polyimide (PI), polyethersulfone (PES), polymethyl methacrylate (PMMA), polycarbonate (PC), polyarylate, etc. are used. can do.

本発明で用いる導電性インク組成物は水性溶剤と、導電成分として平均粒子径が1nm以上50nm以下の金属粒子を含む。金属粒子としては平均粒子径が1nm以上50nm以下の粒子が用いられるが、好ましくは平均粒子径が1nm以上20nm以下の粒子である。平均粒径が1nm以下の金属粒子は製造、保管することが難しい。   The conductive ink composition used in the present invention contains an aqueous solvent and metal particles having an average particle size of 1 nm to 50 nm as a conductive component. As the metal particles, particles having an average particle size of 1 nm or more and 50 nm or less are used, and particles having an average particle size of 1 nm or more and 20 nm or less are preferable. Metal particles having an average particle size of 1 nm or less are difficult to produce and store.

一方、平均粒径の上限を50nmとした理由は、250℃以下の熱処理で導電性が発現するために必要な条件であるからである。すなわち、一般にナノメータサイズの金属粒子においては、粒径を小さくすると粒子同士が融着する温度が低下することが知られている。そして、粒子同士が融着するとバルク導電性が発現する。よって、特に低温熱処理時における導電性の確保において粒子径は重要である。平均粒径が50nm以上の場合には、低温熱処理時に十分な導電性が得られない。本発明においては、250℃以下の熱処理で導電性が発現するためには、平均粒径の上限は50nmである。   On the other hand, the reason why the upper limit of the average particle diameter is 50 nm is that it is a necessary condition for the conductivity to be manifested by heat treatment at 250 ° C. or lower. That is, it is generally known that in nanometer-sized metal particles, when the particle size is reduced, the temperature at which the particles are fused decreases. When the particles are fused, bulk conductivity is exhibited. Therefore, the particle size is important in ensuring the conductivity especially during the low-temperature heat treatment. When the average particle size is 50 nm or more, sufficient conductivity cannot be obtained during low-temperature heat treatment. In the present invention, the upper limit of the average particle diameter is 50 nm in order for conductivity to be exhibited by a heat treatment at 250 ° C. or lower.

金属粒子は、金属種として金、銀、銅、ニッケル、白金、パラジウム、ロジウムなどが挙げられるが、導電性の観点から銀を主体とすることが好ましい。粒子の形態は、前記金属の単一成分粒子のほか、前記金属の合金粒子やコアシェル粒子としてもよい。低温熱処理で導電性が特に発現しやすい金属種は金、銀、銅である。導電性が発現する最低加熱温度は、銀が150℃程度であり、金や銅は200℃以下であり、いずれも本発明の方法を好適に適用することができる。特に、金属粒子として銀粒子や銀合金粒子を存在させることによって、熱処理温度を低下させることができる。また、インク中での分散を安定にするため、金属粒子の表面に界面活性剤等を吸着させてもよい。   The metal particles include gold, silver, copper, nickel, platinum, palladium, rhodium and the like as the metal species, but it is preferable that silver is mainly used from the viewpoint of conductivity. The form of the particles may be alloy particles or core-shell particles of the metal in addition to the single component particles of the metal. Gold, silver, and copper are metal species that are particularly likely to exhibit electrical conductivity by low-temperature heat treatment. The minimum heating temperature at which conductivity is exhibited is about 150 ° C. for silver and 200 ° C. or less for gold or copper, and any of the methods of the present invention can be suitably applied. In particular, the heat treatment temperature can be lowered by the presence of silver particles or silver alloy particles as metal particles. In order to stabilize dispersion in the ink, a surfactant or the like may be adsorbed on the surface of the metal particles.

金属粒子の分散媒は、該インク中に水溶性樹脂を含有させる場合には、該水溶性樹脂を溶解できるものである必要がある。そのための水性分散媒は特に限定されるものではないが、例えば、水、エタノール、イソプロパノールなどが挙げられる。該水溶性樹脂を含有させない場合には、単に金属粒子を安定して分散することができるものならよい。   When the water-soluble resin is contained in the ink, the metal particle dispersion medium needs to be capable of dissolving the water-soluble resin. The aqueous dispersion medium for that purpose is not particularly limited, and examples thereof include water, ethanol, and isopropanol. In the case where the water-soluble resin is not contained, it is only necessary that the metal particles can be stably dispersed.

導電性インク組成物は、金属粒子が水性分散媒に分散した金属粒子分散液として一般に入手可能である。例えば石原産業社製のMGI−21がある。導電性インク組成物における粒子濃度は、特に限定されるものではないが、通常50wt%以下である。また水性分散媒としては水、水とエタノールの混合物、水と2−プロパノールの混合物等が使用されている。   The conductive ink composition is generally available as a metal particle dispersion in which metal particles are dispersed in an aqueous dispersion medium. For example, there is MGI-21 manufactured by Ishihara Sangyo Co., Ltd. The particle concentration in the conductive ink composition is not particularly limited, but is usually 50 wt% or less. As the aqueous dispersion medium, water, a mixture of water and ethanol, a mixture of water and 2-propanol, or the like is used.

導電性インク組成物は水溶性樹脂を含むことが好ましい。その理由は、インク乾燥工程あるいはレジスト硬化工程において加熱が必要な材料を用いた場合、加熱により金属粒子同士の融着が発生することがある。金属粒子が融着すると、エッチング工程において乾燥した導電性インク組成物の除去が難しくなるが、水溶性樹脂の添加により金属粒子同士の融着を抑制することができる。   The conductive ink composition preferably contains a water-soluble resin. The reason is that when a material that needs to be heated is used in the ink drying step or the resist curing step, fusion of metal particles may occur due to heating. When the metal particles are fused, it becomes difficult to remove the dried conductive ink composition in the etching step, but the fusion of the metal particles can be suppressed by adding a water-soluble resin.

水溶性樹脂としては、前記金属粒子分散液に可溶なものが用いられる。例えば、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリアクリレート、ポリビニルピロリドン、カルボキシビニルポリマー、セルロース、天然多糖類、ポリビニルアルコール、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース等が挙げられるが、特に、低温
熱処理による導電性発現が容易であるので、ポリエチレンオキサイドが好ましく、さらにその平均分子量は200以上20,000以下であることが好ましい。平均分子量200以下では、室温で液状であり、被膜を形成することができない。一方、平均分子量20,000以上では熱処理工程において水溶性樹脂であるポリエチレンオキサイドを除去するために250℃以上の高温、かつ2時間以上の長時間の処理が必要になる。すなわち、平均分子量200以上20,000以下のポリエチレンオキサイドを使用すると、250℃以下の加熱処理によって、実用上十分な導電性を得ることができる。
As the water-soluble resin, those soluble in the metal particle dispersion are used. For example, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyacrylate, polyvinyl pyrrolidone, carboxyvinyl polymer, cellulose, natural polysaccharide, polyvinyl alcohol, hydroxyethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose and the like can be mentioned. Therefore, polyethylene oxide is preferable, and the average molecular weight is preferably 200 or more and 20,000 or less. When the average molecular weight is 200 or less, it is liquid at room temperature and a film cannot be formed. On the other hand, when the average molecular weight is 20,000 or more, a high temperature of 250 ° C. or more and a long time of 2 hours or more are required in order to remove polyethylene oxide which is a water-soluble resin in the heat treatment step. That is, when polyethylene oxide having an average molecular weight of 200 or more and 20,000 or less is used, practically sufficient conductivity can be obtained by heat treatment at 250 ° C. or less.

また、導電性インク組成物は、基材へ均一に塗布するために、必要に応じ界面活性剤やレベリング剤を含んでもよい。   Moreover, in order to apply | coat uniformly to a base material, a conductive ink composition may contain surfactant and a leveling agent as needed.

エッチングレジスト用インクは、特に限定されず各種市販品を用いることが可能であるが、特にUV硬化型を用いることが好ましい。UV硬化は、乾燥した導電性インク組成物が硬化時に加熱されないため、エッチング工程に支障をきたす金属粒子同士の融着を抑えられる。例えば東洋紡社のER−225N−35等がある。   The ink for the etching resist is not particularly limited, and various commercially available products can be used, but it is particularly preferable to use a UV curable type. In UV curing, since the dried conductive ink composition is not heated at the time of curing, it is possible to suppress fusion of metal particles that hinder the etching process. For example, there is ER-225N-35 from Toyobo.

(各工程)
インク塗布工程は導電性インク組成物を基材に塗布する工程である。塗布方法は特に限定されるものではなく、例えばバーコート、ダイコート、スピンコートなどが挙げられる。
(Each process)
The ink application step is a step of applying the conductive ink composition to the substrate. The coating method is not particularly limited, and examples thereof include bar coating, die coating, and spin coating.

インク乾燥工程は基材に塗布した導電性インク組成物の分散媒を蒸発させて除去するための工程である。乾燥は非加熱雰囲気で行うことが好ましい。加熱乾燥すると金属粒子同士が融着する場合があり、後のエッチング工程に支障をきたす可能性がある。減圧乾燥は融着を避けるのに有効であり、必要に応じて行う。   The ink drying process is a process for evaporating and removing the dispersion medium of the conductive ink composition applied to the substrate. Drying is preferably performed in an unheated atmosphere. When heated and dried, the metal particles may be fused to each other, which may hinder the subsequent etching process. Vacuum drying is effective in avoiding fusion and is performed as necessary.

エッチングレジスト形成工程はインク乾燥工程を経た基材上にエッチングレジストインクのパターン形成する工程である。パターン形成方法は特に限定されるものではなく、例えばスクリーン印刷、フレキソ印刷などの印刷方法が挙げられるが、高粘度ペーストの使用で高解像度が得られるスクリーン印刷が好ましい。レジストインクの厚さは、特に限定されるものではないが、エッチング工程において剥離が生じない程度に厚く形成すれば良い。   The etching resist forming step is a step of forming an etching resist ink pattern on the base material that has undergone the ink drying step. The pattern forming method is not particularly limited, and examples thereof include printing methods such as screen printing and flexographic printing. Screen printing that can obtain high resolution by using a high-viscosity paste is preferable. The thickness of the resist ink is not particularly limited, but may be thick enough to prevent peeling in the etching process.

レジスト硬化工程はレジストインクを硬化させる工程である。硬化は、用いたレジストインクにより、加熱あるいはUV照射で行なう。なお、金属粒子融着の抑制のため、硬化時には必要以上の加熱やUV照射を避けることが重要である。例えばUV照射の場合には光源との間に熱線吸収ガラスを置いたり、送風冷却したりする。   The resist curing step is a step of curing the resist ink. Curing is performed by heating or UV irradiation depending on the resist ink used. In order to suppress metal particle fusion, it is important to avoid excessive heating and UV irradiation during curing. For example, in the case of UV irradiation, a heat ray absorbing glass is placed between the light source and air cooling is performed.

エッチング工程は前記各工程を経た基材を水やその他の上記導電性インクを溶解または膨潤することができ、かつ上記エッチングレジストを溶解したり、膨潤したりすることのない溶剤に浸漬し、レジスト非形成領域の導電性インク組成物を溶解あるいは膨潤させることで除去する工程である。本工程においては、超音波の印加がエッチングの促進に有効な場合があり、必要に応じ適用される。   In the etching step, the base material that has undergone each of the above steps is immersed in a solvent that can dissolve or swell water and other conductive inks and that does not dissolve or swell the etching resist. This is a step of removing the conductive ink composition in the non-formation region by dissolving or swelling it. In this step, application of ultrasonic waves may be effective for promoting etching, and is applied as necessary.

レジスト剥離工程はレジストを除去する工程である。レジストを溶解あるいは膨潤させる適当な処理液(レジストメーカが開示している)に浸漬することでレジストが除去される。本工程においては超音波の印加がレジスト除去の促進に有効な場合があり、必要に応じ適用される。   The resist stripping step is a step of removing the resist. The resist is removed by immersing in an appropriate processing solution (disclosed by the resist manufacturer) that dissolves or swells the resist. In this step, application of ultrasonic waves may be effective in promoting resist removal, and is applied as necessary.

熱処理工程はレジスト剥離工程を経た基材を加熱し、水溶性樹脂を蒸発させて除去する
と共に、金属粒子同士を十分に融着させて導電性を発現させる工程である。必要な熱処理温度は用いた金属粒子と水溶性樹脂で異なるが、適当な材料を選択すれば250℃以下の熱処理温度で実用上十分な導電性を発現させることが可能であり、例えば前記した各種プラスチックフィルム基材への適用が可能である。
The heat treatment step is a step of heating the base material that has undergone the resist stripping step, evaporating and removing the water-soluble resin, and sufficiently fusing metal particles together to develop conductivity. The necessary heat treatment temperature differs depending on the metal particles used and the water-soluble resin, but if an appropriate material is selected, it is possible to develop practically sufficient conductivity at a heat treatment temperature of 250 ° C. or less. Application to a plastic film substrate is possible.

(材料)
・導電性インク組成物
銀粒子水分散液(平均粒径20nm、石原産業製)にポリエチレンオキサイド(平均分子量1,000、アルドリッチ製)を、(ポリエチレンオキサイド/銀粒子/水)=(1/8/31)の重量比となるように溶解させ導電性インク組成物を調製した。
・レジスト
スクリーン印刷用UV硬化エッチングレジスト(ER−225N−35、東洋紡製)を用いた。
・基材
ソーダライムガラス(100mm×100mm、0.7mm厚)を用いた。
(プロセス)
上記導電性インク組成物をガラス基材に500rpmで20秒間スピンコートした。次に室温大気中で数分間放置し、金属光沢が生じるまで乾燥した。乾燥膜厚は400nmであった。続いて、乾燥した導電性インク組成物上にエッチングレジストをスクリーン印刷し、厚さ10μmのラインスペースが約50μmのストライプ様のパターンを形成した後、高圧水銀灯を用いUV照射を行い、レジストを硬化させた(照射量:400mJ)。続いて、この基材を水に浸漬し、超音波洗浄器を用い超音波を2分間印加してエッチングレジストパターンがない部分の導電性インク組成物を溶解除去した。次に、アセトンに浸漬し、超音波洗浄器を用い超音波を2分間印加しレジストを溶解させ除去した。最後に、この基材を大気中で、200℃30分間の熱処理を行い導電性パターンを得た。
(結果)
導電性パターンを光学顕微鏡で観察したところ、ラインスペース状のパターンが確認された(ライン/スペース=70μm/30μm)。また、導電性パターンの膜厚は200nmであった。膜厚と抵抗値から抵抗率を測定したところ5×10-6Ωcmであり、バルクの銀の35%程度の、実用上十分な導電性を示すことがわかった。
(material)
-Polyethylene oxide (average molecular weight 1,000, manufactured by Aldrich) in a conductive ink composition silver particle aqueous dispersion (average particle size 20 nm, manufactured by Ishihara Sangyo), (polyethylene oxide / silver particles / water) = (1/8) The conductive ink composition was prepared by dissolving to a weight ratio of / 31).
-Resist UV curing etching resist for screen printing (ER-225N-35, manufactured by Toyobo) was used.
-Base material Soda lime glass (100 mm x 100 mm, 0.7 mm thickness) was used.
(process)
The conductive ink composition was spin coated on a glass substrate at 500 rpm for 20 seconds. Next, it was allowed to stand in the air at room temperature for several minutes and dried until a metallic luster was generated. The dry film thickness was 400 nm. Subsequently, an etching resist is screen-printed on the dried conductive ink composition to form a stripe-like pattern having a thickness of about 10 μm and a line space of about 50 μm, and then UV irradiation is performed using a high-pressure mercury lamp to cure the resist. (Irradiation amount: 400 mJ). Subsequently, this base material was immersed in water, and an ultrasonic wave was applied for 2 minutes using an ultrasonic cleaner to dissolve and remove the portion of the conductive ink composition having no etching resist pattern. Next, it was immersed in acetone, and ultrasonic waves were applied for 2 minutes using an ultrasonic cleaner to dissolve and remove the resist. Finally, the substrate was heat-treated at 200 ° C. for 30 minutes in the air to obtain a conductive pattern.
(result)
When the conductive pattern was observed with an optical microscope, a line-space pattern was confirmed (line / space = 70 μm / 30 μm). Moreover, the film thickness of the conductive pattern was 200 nm. When the resistivity was measured from the film thickness and the resistance value, it was 5 × 10 −6 Ωcm, and it was found that the conductivity was practically sufficient, about 35% of bulk silver.

基板として、厚さ100μmのポリエチレンナフタレート(PEN)フィルムを用いた。その他の材料は実施例1と同じ材料を使用した。また、プロセスは、加熱処理を150℃、120分間をした以外は実施例1と同一プロセスにした。
(結果)
導電性パターンを光学顕微鏡で観察したところ、ラインスペース状のパターンが確認された(ライン/スペース=70μm/30μm)。また、導電性パターンの膜厚は200nmであった。膜厚と抵抗値から抵抗率を測定したところ11×10-6Ωcmであり、実用上十分な導電性を示すことがわかった。
As the substrate, a polyethylene naphthalate (PEN) film having a thickness of 100 μm was used. The other materials were the same as in Example 1. The process was the same as that of Example 1 except that the heat treatment was performed at 150 ° C. for 120 minutes.
(result)
When the conductive pattern was observed with an optical microscope, a line-space pattern was confirmed (line / space = 70 μm / 30 μm). Moreover, the film thickness of the conductive pattern was 200 nm. When the resistivity was measured from the film thickness and the resistance value, it was found to be 11 × 10 −6 Ωcm, and it was found to show practically sufficient conductivity.

本発明に実施形態にかかる導電性パターンの形成例を工程順に説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the formation example of the electroconductive pattern concerning embodiment to this invention to process order.

符号の説明Explanation of symbols

1 基材
2 導電性インク組成物
3 乾燥した導電性インク組成物
4 レジストインク
5 硬化したレジストインク
6 導電性パターン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Base material 2 Conductive ink composition 3 Dry conductive ink composition 4 Resist ink 5 Hardened resist ink 6 Conductive pattern

Claims (8)

少なくとも、基材に平均粒子径が1nm以上50nm以下の金属粒子と水性溶剤とを少なくとも含む導電性インク組成物を塗布する工程(インク塗布工程)、続いて該インク組成物を乾燥する工程(インク乾燥工程)、続いて乾燥した該インク組成物上にエッチングレジストのパターンを印刷法で形成する工程(エッチングレジストパターン形成工程)、続いて前記各工程を経た基材を水に浸漬し、該エッチングレジストインクが形成されていない領域に存在する乾燥した該インク組成物を除去する工程(エッチング工程)、続いて該エッチングレジストを除去する工程(レジスト除去工程)、続いて前記各工程を経た基材を熱処理して導電性を発現させる工程(熱処理工程)を含むことを特徴とする導電性パターンの形成方法。   At least a step of applying a conductive ink composition containing at least metal particles having an average particle diameter of 1 nm to 50 nm and an aqueous solvent (ink application step) to a substrate (ink application step), and subsequently a step of drying the ink composition (ink) Drying step), subsequently, a step of forming an etching resist pattern on the dried ink composition by a printing method (etching resist pattern forming step), and then immersing the substrate after each of the above steps in water to perform the etching. A step of removing the dried ink composition existing in a region where the resist ink is not formed (etching step), a step of removing the etching resist (resist removing step), and then a base material that has undergone each of the above steps A method for forming a conductive pattern, comprising a step (heat treatment step) of heat-treating the substrate to develop conductivity. 前記エッチングレジストパターン形成工程に引き続き、該エッチングレジストを硬化する工程を行うことを特徴とする請求項1に記載の導電性パターンの形成方法。   The method for forming a conductive pattern according to claim 1, wherein a step of curing the etching resist is performed subsequent to the step of forming the etching resist pattern. 前記導電性インク組成物が、水溶性樹脂を含むことを特徴とする請求項1または2に記載の導電性パターンの形成方法。   The method for forming a conductive pattern according to claim 1, wherein the conductive ink composition contains a water-soluble resin. 前記水溶性樹脂が平均分子量200以上20,000以下のポリエチレンオキサイドであることを特徴とする請求項3に記載の導電性パターンの形成方法。   The method for forming a conductive pattern according to claim 3, wherein the water-soluble resin is polyethylene oxide having an average molecular weight of 200 or more and 20,000 or less. 前記導電性インク組成物中の金属粒子の少なくとも一部が銀粒子、あるいは/および銀合金粒子であることを特徴とする請求項1〜3に記載の導電性パターンの形成方法。   The method for forming a conductive pattern according to claim 1, wherein at least a part of the metal particles in the conductive ink composition is silver particles or / and silver alloy particles. 前記インク乾燥工程を非加熱雰囲気で行うことを特徴とする、請求項1ないし5のいずれかに記載の導電性パターンの形成方法。   The method for forming a conductive pattern according to claim 1, wherein the ink drying step is performed in an unheated atmosphere. 前記レジストインクがUV硬化性インクであり、前記レジスト硬化工程をUV硬化で行うことを特徴とする、請求項2ないし6のいずれかに記載の導電性パターンの形成方法。   The method for forming a conductive pattern according to claim 2, wherein the resist ink is a UV curable ink, and the resist curing step is performed by UV curing. 前記熱処理工程における熱処理温度が120℃以上250℃以下であることを特徴とする請求項1ないし7のいずれかに記載の導電性パターンの形成方法。   The method for forming a conductive pattern according to claim 1, wherein a heat treatment temperature in the heat treatment step is 120 ° C. or more and 250 ° C. or less.
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