JP2012138526A - Ink for forming conductor pattern, conductor pattern and wiring board - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、導体パターン形成用インク、導体パターンおよび配線基板に関するものである。 The present invention relates to a conductor pattern forming ink, a conductor pattern, and a wiring board.
電子部品が実装される回路基板(配線基板)として、セラミックスで構成された基板(セラミックス基板)上に、金属材料で構成された配線が形成されたセラミックス回路基板が、広く用いられている。このようなセラミックス回路基板では、基板(セラミックス基板)自体が、多機能性材料で構成されているため、多層化による内装部品の形成、寸法の安定性等の点で有利である。
そして、このようなセラミックス回路基板は、セラミックス粒子とバインダーとを含む材料で構成されたセラミックス成形体上に、形成すべき配線(導体パターン)に対応するパターンで、金属粒子を含む組成物を付与し、その後、当該組成物が付与されたセラミックス成形体に対し、脱脂、焼結処理を施すことにより製造されている。
As a circuit board (wiring board) on which electronic components are mounted, a ceramic circuit board in which wiring made of a metal material is formed on a board made of ceramics (ceramic board) is widely used. In such a ceramic circuit board, since the board (ceramic board) itself is made of a multifunctional material, it is advantageous in terms of formation of interior parts by multi-layering, dimensional stability, and the like.
Such a ceramic circuit board is provided with a composition containing metal particles in a pattern corresponding to a wiring (conductor pattern) to be formed on a ceramic molded body made of a material containing ceramic particles and a binder. Thereafter, the ceramic molded body to which the composition is applied is manufactured by degreasing and sintering.
セラミックス成形体上へのパターン形成の方法としては、スクリーン印刷法が広く用いられている。その一方で、近年、配線の微細化、狭ピッチ化による回路基板の高密度化が求められているが、スクリーン印刷法では、配線の微細化、狭ピッチ化に不利であり、上記のような要求に応えるのが困難である。そこで、近年、セラミックス成形体上へのパターン形成の方法として、液体吐出ヘッドから金属粒子を含む液体材料(導体パターン形成用インク)を液滴状に吐出する液滴吐出法、いわゆるインクジェット法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。この方法によれば、従来の方法と比較して、微細な導体パターンを形成することが可能であり、回路密度の向上に有利である。 A screen printing method is widely used as a method for forming a pattern on a ceramic molded body. On the other hand, in recent years, there has been a demand for higher density of circuit boards by finer wiring and narrower pitch, but screen printing is disadvantageous for finer wiring and narrower pitch. Difficult to meet demand. Therefore, in recent years, a so-called ink jet method has been proposed as a method for forming a pattern on a ceramic molded body, in which a liquid material containing metal particles (ink for forming a conductor pattern) is ejected in droplets from a liquid ejection head. (For example, refer to Patent Document 1). According to this method, it is possible to form a fine conductor pattern as compared with the conventional method, which is advantageous in improving the circuit density.
しかしながら、導体パターンの形成に用いるインク(産業用)は、プリンターに適用されるもの(民生用)で用いるインクに比べて、組成に制限が多く、乾燥性や再溶解性等の特性が十分ではなく、金属粒子等の固形分が析出、あるいは凝集して、液滴吐出ヘッドの吐出部に付着することで目詰まりを起こしやすく、液滴の飛行曲がりが頻発する問題があった。 However, the ink used for forming the conductor pattern (industrial use) is more limited in composition than ink used in printers (consumer use), and characteristics such as drying and re-dissolvability are not sufficient. However, solid content such as metal particles precipitates or aggregates and adheres to the discharge portion of the droplet discharge head, which may cause clogging, resulting in frequent flying bending of droplets.
本発明の目的は、液滴吐出ヘッドから安定して吐出可能な導体パターン形成用インクを提供すること、信頼性の高い導体パターンを提供すること、および、このような導体パターンを備え、信頼性の高い配線基板を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a conductor pattern forming ink that can be stably ejected from a droplet ejection head, to provide a highly reliable conductor pattern, and to provide such a conductor pattern with reliability. It is to provide a wiring board having high height.
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の導体パターン形成用インクは、液滴吐出法により、基材上に導体パターンを形成するための導体パターン形成用インクであって、
金属粒子と、前記金属粒子が分散する水系分散媒と、ポリエチレングリコールの脂肪酸エステルと、を含み、
前記ポリエチレングリコールの脂肪酸エステルを構成する脂肪酸の炭素数が、10以上20以下であることを特徴とする。
これにより、液滴吐出ヘッドから安定して吐出可能な導体パターン形成用インクを提供することができる。
Such an object is achieved by the present invention described below.
The conductive pattern forming ink of the present invention is a conductive pattern forming ink for forming a conductive pattern on a substrate by a droplet discharge method,
Metal particles, an aqueous dispersion medium in which the metal particles are dispersed, and a fatty acid ester of polyethylene glycol,
The fatty acid constituting the polyethylene glycol fatty acid ester has 10 to 20 carbon atoms.
Thereby, it is possible to provide a conductive pattern forming ink that can be stably discharged from the droplet discharge head.
本発明の導体パターン形成用インクでは、前記ポリエチレングリコールの脂肪酸エステルの含有量は、0.01wt%以上5wt%以下であることが好ましい。
これにより、セラミックス成形体において、多価アルコールの縮合物を含む組成物が付与された領域と、それ以外の領域とでの、導体パターン形成用インクの親和性を異なるものとすることができ、セラミックス成形体上での、導体パターン形成用インクの過剰な濡れ広がり等を防止することができ、線幅がより小さい配線等をより好適に形成することができる。
In the ink for forming a conductor pattern of the present invention, the content of the fatty acid ester of polyethylene glycol is preferably 0.01 wt% or more and 5 wt% or less.
Thereby, in the ceramic molded body, the affinity of the conductive pattern forming ink can be different between the region to which the composition containing the polyhydric alcohol condensate is applied and the other region. Excessive wetting and spreading of the conductor pattern forming ink on the ceramic molded body can be prevented, and wiring having a smaller line width can be more suitably formed.
本発明の導体パターン形成用インクでは、糖アルコールまたは多糖類をさらに含むことが好ましい。
これにより、インクの液滴の吐出安定性がさらに優れたものとなる。
本発明の導体パターン形成用インクでは、前記糖アルコールまたは多糖類の含有量は、3wt%以上20wt%以下であることが好ましい。
これにより、導体パターン形成用インクの水系分散媒の揮発をより確実に抑制することができ、導体パターン形成用インクは、より長期にわたって液滴の吐出安定性が特に優れたものとなる。
The ink for forming a conductor pattern of the present invention preferably further contains a sugar alcohol or a polysaccharide.
This further improves the ejection stability of the ink droplets.
In the ink for forming a conductor pattern of the present invention, the content of the sugar alcohol or polysaccharide is preferably 3 wt% or more and 20 wt% or less.
Thereby, volatilization of the aqueous dispersion medium of the conductor pattern forming ink can be more reliably suppressed, and the conductor pattern forming ink has particularly excellent droplet discharge stability over a longer period of time.
本発明の導体パターン形成用インクでは、導体パターン形成用インクは、前記金属粒子と前記金属粒子の表面に付着した分散剤とで構成された金属コロイド粒子が前記水系分散媒に分散したコロイド液であることが好ましい。
これにより、金属粒子の水系分散媒への分散性が特に優れたものとなり、インクの吐出安定性が特に優れたものとなる。
本発明の導体パターンは、本発明の導体パターン形成用インクによって形成されたことを特徴とする。
これにより、信頼性の高い導体パターンを提供することができる。
本発明の配線基板は、本発明の導体パターンが備えられてなることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い配線基板を提供することができる。
In the conductive pattern forming ink of the present invention, the conductive pattern forming ink is a colloid liquid in which metal colloidal particles composed of the metal particles and a dispersant attached to the surface of the metal particles are dispersed in the aqueous dispersion medium. Preferably there is.
As a result, the dispersibility of the metal particles in the aqueous dispersion medium is particularly excellent, and the ink ejection stability is particularly excellent.
The conductor pattern of the present invention is formed by the conductor pattern forming ink of the present invention.
Thereby, a highly reliable conductor pattern can be provided.
The wiring board of the present invention is provided with the conductor pattern of the present invention.
Thereby, a highly reliable wiring board can be provided.
以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
《導体パターン形成用インク》
本発明の導体パターン形成用インクは、基材上に導体パターンを形成するのに用いるインクであり、特に、液滴吐出法によって導体パターンを形成するのに用いるインクである。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail.
<Conductor pattern forming ink>
The ink for forming a conductor pattern of the present invention is an ink used for forming a conductor pattern on a substrate, and in particular, an ink used for forming a conductor pattern by a droplet discharge method.
導体パターンが形成される基材は、いかなるものであってもよいが、本実施形態では、基材としてセラミックス基板を用いることとする。また、本実施形態では、セラミックスとバインダーとを含む材料で構成されたシート状のセラミックス成形体(セラミックスグリーンシート)に導体パターン形成用インクを付与するものとして説明する。なお、セラミックス成形体およびセラミックス成形体に付与されたインクは、後述するように焼結処理され、それぞれセラミックス基板および導体パターンとなる。 The substrate on which the conductor pattern is formed may be any material, but in this embodiment, a ceramic substrate is used as the substrate. In the present embodiment, the description will be made assuming that the ink for forming a conductor pattern is applied to a sheet-like ceramic formed body (ceramic green sheet) made of a material containing ceramics and a binder. The ceramic formed body and the ink applied to the ceramic formed body are sintered as described later to become a ceramic substrate and a conductor pattern, respectively.
以下、導体パターン形成用インクの好適な実施形態について説明する。なお、本実施形態では、金属粒子を水系分散媒に分散してなる分散液として、銀粒子が分散した分散液を用いた場合について代表的に説明する。
導体パターン形成用インク(以下、単にインクともいう)は、水系分散媒と、水系分散媒に分散した銀粒子(金属粒子)と、後述するようなポリエチレングリコールの脂肪酸エステルとを含むものである。
Hereinafter, preferred embodiments of the conductor pattern forming ink will be described. In this embodiment, a case where a dispersion liquid in which silver particles are dispersed is used as a dispersion liquid in which metal particles are dispersed in an aqueous dispersion medium.
The conductive pattern forming ink (hereinafter, also simply referred to as ink) contains an aqueous dispersion medium, silver particles (metal particles) dispersed in the aqueous dispersion medium, and a polyethylene glycol fatty acid ester as described later.
以下、導体パターン形成用インクの各構成成分について詳細に説明する。
<水系分散媒>
まず、水系分散媒について説明する。
本明細書において、「水系分散媒」とは、水および/または水との相溶性に優れる液体(例えば、25℃における水100gに対する溶解度が30g以上の液体)で構成されたもののことを指す。このように、水系分散媒は、水および/または水との相溶性に優れる液体で構成されたものであるが、主として水で構成されたものであるのが好ましく、特に、水の含有率が70wt%以上のものであるのが好ましく、90wt%以上のものであるのがより好ましい。
Hereinafter, each component of the conductor pattern forming ink will be described in detail.
<Aqueous dispersion medium>
First, the aqueous dispersion medium will be described.
In the present specification, the “aqueous dispersion medium” refers to one composed of water and / or a liquid excellent in compatibility with water (for example, a liquid having a solubility in 100 g of water at 25 ° C. of 30 g or more). As described above, the aqueous dispersion medium is composed of water and / or a liquid having excellent compatibility with water, but is preferably composed mainly of water. It is preferably 70 wt% or more, more preferably 90 wt% or more.
水系分散媒の具体例としては、例えば、水、メタノール、エタノール、ブタノール、プロパノール、イソプロパノール等のアルコール系溶媒、1,4−ジオキサン、テトラヒドロフラン(THF)等のエーテル系溶媒、ピリジン、ピラジン、ピロール等の芳香族複素環化合物系溶媒、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N−ジメチルアセトアミド(DMA)等のアミド系溶媒、アセトニトリル等のニトリル系溶媒、アセトアルデヒド等のアルデヒド系溶媒等が挙げられ、これらのうち、1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
また、導体パターン形成用インク中における水系分散媒の含有量は、25wt%以上60wt%以下であることが好ましく、30wt%以上50wt%以下であることがより好ましい。これにより、インクの粘度を好適なものとしつつ、分散媒の揮発による粘度の変化を少ないものとすることができる。
Specific examples of the aqueous dispersion medium include, for example, water, methanol, ethanol, butanol, propanol, isopropanol and other alcohol solvents, 1,4-dioxane, tetrahydrofuran (THF) and other ether solvents, pyridine, pyrazine, pyrrole and the like. Aromatic heterocyclic compound solvents, amide solvents such as N, N-dimethylformamide (DMF) and N, N-dimethylacetamide (DMA), nitrile solvents such as acetonitrile, and aldehyde solvents such as acetaldehyde. Of these, one or a combination of two or more can be used.
Further, the content of the aqueous dispersion medium in the conductor pattern forming ink is preferably 25 wt% or more and 60 wt% or less, and more preferably 30 wt% or more and 50 wt% or less. Thereby, while making the viscosity of an ink suitable, the change of the viscosity by volatilization of a dispersion medium can be made small.
<銀粒子>
次に、銀粒子(金属粒子)について説明する。
銀粒子は、形成される導体パターンの主成分であり、導体パターンに導電性を付与する成分である。
また、銀粒子は、インク中において分散している。
<Silver particles>
Next, silver particles (metal particles) will be described.
Silver particles are the main component of the conductor pattern to be formed, and are components that impart conductivity to the conductor pattern.
The silver particles are dispersed in the ink.
銀粒子の平均粒径は、1nm以上100nm以下であるのが好ましく、10nm以上30nm以下であるのがより好ましい。これにより、インクの吐出安定性をより高いものとすることができるとともに、微細な導体パターンを容易に形成することができる。なお、本明細書では、「平均粒径」とは、特に断りのない限り、体積基準の平均粒径のことを指すものとする。 The average particle diameter of the silver particles is preferably 1 nm or more and 100 nm or less, and more preferably 10 nm or more and 30 nm or less. As a result, the ink ejection stability can be further improved, and a fine conductor pattern can be easily formed. In the present specification, the “average particle size” means a volume-based average particle size unless otherwise specified.
また、インク中において、銀粒子の平均粒子間距離は、1.7nm以上380nm以下であるのが好ましく、1.75nm以上300nm以下であるのがより好ましい。これにより、導体パターン形成用インクの粘度をより適度なものとすることができ、吐出安定性に特に優れたものとなる。
また、インク中に含まれる銀粒子(分散剤が表面に吸着していない銀粒子(金属粒子))の含有量は、0.5wt%以上60wt%以下であるのが好ましく、10wt%以上45wt%以下であるのがより好ましい。これにより、導体パターン形成用インクの高い吐出安定性を保持しつつ、導体パターンの断線をより効果的に防止することができ、より信頼性の高い導体パターンを提供することができる。
また、銀粒子(金属粒子)は、その表面に分散剤が付着した銀コロイド粒子(金属コロイド粒子)として、水系分散媒中に分散していることが好ましい。これにより、銀粒子の水系分散媒への分散性が特に優れたものとなり、インクの吐出安定性が特に優れたものとなる。
In the ink, the average distance between silver particles is preferably 1.7 nm or more and 380 nm or less, and more preferably 1.75 nm or more and 300 nm or less. Thereby, the viscosity of the conductor pattern forming ink can be made more appropriate, and the discharge stability is particularly excellent.
Further, the content of silver particles (silver particles (metal particles) in which the dispersant is not adsorbed on the surface) contained in the ink is preferably 0.5 wt% or more and 60 wt% or less, and is preferably 10 wt% or more and 45 wt%. The following is more preferable. Thereby, it is possible to more effectively prevent disconnection of the conductor pattern while maintaining high ejection stability of the conductor pattern forming ink, and it is possible to provide a more reliable conductor pattern.
The silver particles (metal particles) are preferably dispersed in an aqueous dispersion medium as silver colloid particles (metal colloid particles) having a dispersant attached to the surface thereof. Thereby, the dispersibility of the silver particles in the aqueous dispersion medium is particularly excellent, and the ink ejection stability is particularly excellent.
分散剤は、特に限定されないが、COOH基とOH基とを合わせて3個以上有し、かつ、COOH基の数がOH基と同じか、それよりも多いヒドロキシ酸またはその塩を含むことが好ましい。これらの分散剤は、銀粒子の表面に吸着してコロイド粒子を形成し、分散剤中に存在するCOOH基の電気的反発力によって銀コロイド粒子を水溶液中に均一に分散させてコロイド液を安定化する働きを有する。このように、銀コロイド粒子が安定してインク中に存在することにより、より容易に微細な導体パターンを形成することができる。また、インクによって形成されたパターン(前駆体)において銀粒子が均一に分布し、クラック、断線等が発生しにくいものとなる。これに対して、分散剤中のCOOH基とOH基の数が3個未満であったり、COOH基の数がOH基の数よりも少ないと、銀コロイド粒子の分散性が十分に得られない場合がある。
このような分散剤は、例えば、クエン酸、りんご酸、クエン酸三ナトリウム、クエン酸三カリウム、クエン酸三リチウム、クエン酸三アンモニウム、りんご酸二ナトリウム、タンニン酸、ガロタンニン酸、五倍子タンニン等が挙げられ、これらのうち1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
The dispersant is not particularly limited, but may contain a hydroxy acid or a salt thereof having three or more COOH groups and OH groups in total and having the same or more COOH groups as the OH groups. preferable. These dispersants adsorb on the surface of silver particles to form colloidal particles, and the colloidal liquid is stabilized by uniformly dispersing silver colloidal particles in an aqueous solution by the electric repulsive force of COOH groups present in the dispersant. Has the function of As described above, since the silver colloid particles are stably present in the ink, a fine conductor pattern can be more easily formed. Further, the silver particles are uniformly distributed in the pattern (precursor) formed by the ink, and cracks, disconnections, and the like are less likely to occur. On the other hand, if the number of COOH groups and OH groups in the dispersant is less than 3 or the number of COOH groups is less than the number of OH groups, the dispersibility of the silver colloid particles cannot be sufficiently obtained. There is a case.
Such dispersants include, for example, citric acid, malic acid, trisodium citrate, tripotassium citrate, trilithium citrate, triammonium citrate, disodium malate, tannic acid, gallotannic acid, pentaploid tannin and the like. 1 type or 2 types or more of them can be used in combination.
また、分散剤は、COOH基とSH基とを合わせて2個以上有するメルカプト酸またはその塩を含んでいてもよい。これらの分散剤は、メルカプト基が銀微粒子の表面に吸着してコロイド粒子を形成し、分散剤中に存在するCOOH基の電気的反発力によってコロイド粒子を水溶液中に均一に分散させてコロイド液を安定化する働きを有する。このように、銀コロイド粒子が安定してインク中に存在することにより、より容易に微細な導体パターンを形成することができる。また、インクによって形成されたパターン(前駆体)において銀粒子が均一に分布し、クラック、断線等が発生しにくいものとなる。これに対して、分散剤中のCOOH基とSH基の数が2個未満すなわち片方のみであると、銀コロイド粒子の分散性が十分に得られない場合がある。 Further, the dispersant may contain mercapto acid or a salt thereof having two or more COOH groups and SH groups. In these dispersants, mercapto groups are adsorbed on the surface of silver fine particles to form colloidal particles, and colloidal particles are uniformly dispersed in an aqueous solution by the electric repulsive force of COOH groups present in the dispersant. Has the function of stabilizing As described above, since the silver colloid particles are stably present in the ink, a fine conductor pattern can be more easily formed. Further, the silver particles are uniformly distributed in the pattern (precursor) formed by the ink, and cracks, disconnections, and the like are less likely to occur. On the other hand, when the number of COOH groups and SH groups in the dispersant is less than 2, that is, only one, the dispersibility of the silver colloidal particles may not be sufficiently obtained.
このような分散剤としては、例えば、メルカプト酢酸、メルカプトプロピオン酸、チオジプロピオン酸、メルカプトコハク酸、チオ酢酸、メルカプト酢酸ナトリウム、メルカプトプロピオン酸ナトリウム、チオジプロピオン酸ナトリウム、メルカプトコハク酸二ナトリウム、メルカプト酢酸カリウム、メルカプトプロピオン酸カリウム、チオジプロピオン酸カリウム、メルカプトコハク酸二カリウム等が挙げられ、これらのうち1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。 Examples of such dispersants include mercaptoacetic acid, mercaptopropionic acid, thiodipropionic acid, mercaptosuccinic acid, thioacetic acid, sodium mercaptoacetate, sodium mercaptopropionate, sodium thiodipropionate, disodium mercaptosuccinate, Examples include potassium mercaptoacetate, potassium mercaptopropionate, potassium thiodipropionate, dipotassium mercaptosuccinate, and the like, and one or more of these can be used in combination.
インク中における銀コロイド粒子の含有量は、1wt%以上60wt%以下であるのが好ましく、10wt%以上50wt%以下であるのがより好ましい。銀コロイド粒子の含有量が前記下限値未満であると、銀の含有量が少なく、導体パターンを形成した際、比較的厚い膜を形成する場合に、複数回重ね塗りする必要が生じる。一方、銀コロイド粒子の含有量が前記上限値を超えると、銀の含有量が多くなり、分散性が低下し、これを防ぐためには攪拌の頻度が高くなる。 The content of the silver colloid particles in the ink is preferably 1 wt% or more and 60 wt% or less, and more preferably 10 wt% or more and 50 wt% or less. When the content of the silver colloidal particles is less than the lower limit, the silver content is small, and when a conductive pattern is formed, it is necessary to apply a plurality of times when a relatively thick film is formed. On the other hand, when the content of the silver colloidal particles exceeds the upper limit, the silver content increases and the dispersibility decreases. To prevent this, the frequency of stirring increases.
また、銀コロイド粒子の熱重量分析における500℃までの加熱減量は、1wt%以上25wt%以下が好ましい。コロイド粒子(固形分)を500℃まで加熱すると、表面に付着した分散剤、後述する還元剤(残留還元剤)等が酸化分解され、大部分のものはガス化されて消失する。残留還元剤の量は、僅かであると考えられるので、500℃までの加熱による減量は、銀コロイド粒子中の分散剤の量にほぼ相当すると考えられる。加熱減量が1wt%未満であると、銀粒子に対する分散剤の量が少なく、銀粒子の充分な分散性が低下する。一方、25wt%を超えると、銀粒子に対する残留分散剤の量が多なり、導体パターンの比抵抗が高くなる。但し、比抵抗は、導体パターンの形成後に加熱焼結して有機分を分解消失させることである程度改善することができる。そのため、より高温で焼結されるセラミックス基板等に有効である。
なお、銀コロイド粒子の形成については、後に詳述する。
Further, the heat loss to 500 ° C. in the thermogravimetric analysis of the silver colloid particles is preferably 1 wt% or more and 25 wt% or less. When the colloidal particles (solid content) are heated to 500 ° C., the dispersant adhering to the surface, the reducing agent (residual reducing agent) described later, etc. are oxidatively decomposed, and most of them are gasified and disappear. Since the amount of the residual reducing agent is considered to be small, the weight loss due to heating up to 500 ° C. is considered to substantially correspond to the amount of the dispersant in the silver colloid particles. When the loss on heating is less than 1 wt%, the amount of the dispersant with respect to the silver particles is small, and the sufficient dispersibility of the silver particles is lowered. On the other hand, when it exceeds 25 wt%, the amount of the residual dispersant with respect to the silver particles increases, and the specific resistance of the conductor pattern increases. However, the specific resistance can be improved to some extent by heating and sintering after formation of the conductor pattern to decompose and disappear organic components. Therefore, it is effective for a ceramic substrate that is sintered at a higher temperature.
The formation of silver colloid particles will be described in detail later.
<ポリエチレングリコールの脂肪酸エステル>
本発明の導体パターン形成用インクは、ポリエチレングリコールと、炭素数が10以上20以下の脂肪酸との縮合物であるポリエチレングリコールの脂肪酸エステル(以下、ポリエチレングリコール脂肪酸エステルともいう)を含んでいる点に特徴を有している。
ところで、従来の導体パターンの形成に用いるインク(産業用)は、プリンターに適用されるもの(民生用)で用いるインクに比べて、組成に制限が多く、乾燥性や再溶解性等の特性が十分ではなく、金属粒子等の固形分が析出、あるいは凝集して、液滴吐出ヘッドの吐出部に付着することで目詰まりを起こしやすく、液滴の飛行曲がりが頻発する問題があった。
<Fatty acid ester of polyethylene glycol>
The ink for forming a conductor pattern of the present invention includes a fatty acid ester of polyethylene glycol (hereinafter also referred to as polyethylene glycol fatty acid ester) which is a condensate of polyethylene glycol and a fatty acid having 10 to 20 carbon atoms. It has characteristics.
By the way, the ink used for forming a conventional conductor pattern (industrial use) is more limited in composition and has characteristics such as drying and re-dissolvability than those used in printers (consumer use). Insufficient solid matter such as metal particles is deposited or aggregated and adheres to the discharge portion of the droplet discharge head, which may cause clogging, resulting in frequent flight bending of droplets.
これに対して、本願発明は、上述したようなポリエチレングリコール脂肪酸エステルを含む導体パターン形成用インクを用いることにより、液滴吐出ヘッド内の金属やガラス等の部材への金属粒子の付着や凝集の成長等を抑制することができ、液滴を安定して吐出することができる。これは、上記ポリエチレングリコール脂肪酸エステルが先に部材に付着することで金属粒子の付着を防止していること、上記ポリエチレングリコール脂肪酸エステルが分散助剤として機能し、金属粒子の凝集を防止していること等の理由によるものであると考えられる。
このように、本発明の導体パターン形成用インクを用いることで、液滴吐出ヘッド内への金属粒子の付着、金属粒子同士の凝集を抑制することができ、信頼性の高い導体パターンを形成することができる。
On the other hand, the present invention uses the conductive pattern forming ink containing the polyethylene glycol fatty acid ester as described above, thereby preventing adhesion and aggregation of metal particles to a member such as metal or glass in the droplet discharge head. Growth and the like can be suppressed, and droplets can be discharged stably. This is because the polyethylene glycol fatty acid ester adheres to the member first to prevent adhesion of metal particles, and the polyethylene glycol fatty acid ester functions as a dispersion aid to prevent aggregation of the metal particles. This is considered to be due to such reasons.
As described above, by using the conductor pattern forming ink of the present invention, adhesion of metal particles into the droplet discharge head and aggregation of the metal particles can be suppressed, and a highly reliable conductor pattern is formed. be able to.
上述したように、ポリエチレングリコール脂肪酸エステルを構成する脂肪酸成分の炭素数は、10以上20以下である。脂肪酸成分の炭素数が前記下限値未満であると、液滴吐出ヘッド内への金属粒子の付着、金属粒子同士の凝集を十分に防止することができない。また、脂肪酸成分の炭素数が前記上限値を超えると、導体パターン形成用インクの保存安定性が低下する場合がある。
このように、ポリエチレングリコール脂肪酸エステルを構成する脂肪酸成分の炭素数は、10以上20以下であるが、12以上18以下であるのがより好ましい。これにより、本発明の効果がより顕著な者となる。
As described above, the number of carbon atoms of the fatty acid component constituting the polyethylene glycol fatty acid ester is 10 or more and 20 or less. When the number of carbon atoms of the fatty acid component is less than the lower limit, the adhesion of metal particles into the droplet discharge head and the aggregation of metal particles cannot be sufficiently prevented. On the other hand, if the number of carbon atoms of the fatty acid component exceeds the upper limit, the storage stability of the conductor pattern forming ink may be lowered.
Thus, although the carbon number of the fatty acid component which comprises polyethyleneglycol fatty acid ester is 10-20, it is more preferable that it is 12-18. Thereby, the effect of this invention becomes a more remarkable person.
ポリエチレングリコール脂肪酸エステルとしては、例えば、ポリエチレングリコールモノラウレート、ポリエチレングリコールモノステアレート、ポリエチレングリコールモノオレート、ポリエチレングリコールジステアレート等が挙げられる。
上述した中でも、モノエステルを用いるのが好ましく、ポリエチレングリコールモノラウレートを用いるのがより好ましい。これにより、液滴吐出ヘッド内への金属粒子の付着をより効果的に抑制するとともに、金属粒子の凝集をより確実に抑制することができる。
上述したようなポリエチレングリコール脂肪酸エステルの含有量は、0.01wt%以上5wt%以下であるのが好ましく、0.1wt%以上1wt%以下であるのがより好ましい。これにより、液滴吐出ヘッド内への金属粒子の付着をより効率よく抑制するとともに、金属粒子の凝集をより効果的に抑制することができる。
Examples of the polyethylene glycol fatty acid ester include polyethylene glycol monolaurate, polyethylene glycol monostearate, polyethylene glycol monooleate, polyethylene glycol distearate, and the like.
Among the above-mentioned, it is preferable to use a monoester, and it is more preferable to use polyethylene glycol monolaurate. As a result, it is possible to more effectively suppress the adhesion of the metal particles into the droplet discharge head and more reliably suppress the aggregation of the metal particles.
The content of the polyethylene glycol fatty acid ester as described above is preferably 0.01 wt% or more and 5 wt% or less, and more preferably 0.1 wt% or more and 1 wt% or less. Thereby, adhesion of metal particles into the droplet discharge head can be more efficiently suppressed, and aggregation of metal particles can be more effectively suppressed.
<その他の成分>
上記成分の他、本発明の導体パターン形成用インクは、有機バインダーを含んでいてもよい。有機バインダーは、導体パターン形成用インクによって形成されたパターンにおいて、銀粒子の凝集を防止するものである。すなわち、形成されたパターンにおいて、有機バインダーは、銀粒子同士の間に存在することで銀粒子同士が凝集して、パターンの一部に亀裂(クラック)が生じることを防止できる。また、焼結時においては、有機バインダーは、分解されて除去されることができ、パターン中の銀粒子同士は、結合して導体パターンを形成する。
<Other ingredients>
In addition to the above components, the conductor pattern forming ink of the present invention may contain an organic binder. The organic binder prevents aggregation of silver particles in a pattern formed by the conductor pattern forming ink. That is, in the formed pattern, the organic binder is present between the silver particles, so that the silver particles can be prevented from agglomerating and a crack (crack) can be prevented from being generated in a part of the pattern. Further, at the time of sintering, the organic binder can be decomposed and removed, and silver particles in the pattern are bonded to form a conductor pattern.
このように有機バインダーを含むことにより、形成される導体パターンに亀裂が生じるのを防止することが可能であるが、一般に、このような有機バインダーは、インク中において、凝集しやすい。しかしながら、インク中に、前述したポリエチレングリコール脂肪酸エステルが含まれることにより、有機バインダーの水系分散剤中への分散安定性を向上させることができ、有機バインダーの不本意な凝集を防止することができる。 By including the organic binder in this manner, it is possible to prevent the formed conductor pattern from being cracked, but in general, such an organic binder tends to aggregate in the ink. However, by including the above-described polyethylene glycol fatty acid ester in the ink, the dispersion stability of the organic binder in the aqueous dispersant can be improved, and unintentional aggregation of the organic binder can be prevented. .
有機バインダーとしては、特には限定されないが、例えば、ポリエチレングリコール#200(重量平均分子量200)、ポリエチレングリコール#300(重量平均分子量300)、ポリエチレングリコール#400(平均分子量400)、ポリエチレングリコール#600(重量平均分子量600)、ポリエチレングリコール#1000(重量平均分子量1000)、ポリエチレングリコール#1500(重量平均分子量1500)、ポリエチレングリコール#1540(重量平均分子量1540)、ポリエチレングリコール#2000(重量平均分子量2000)等のポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール#200(重量平均分子量:200)、ポリビニルアルコール#300(重量平均分子量:300)、ポリビニルアルコール#400(平均分子量:400)、ポリビニルアルコール#600(重量平均分子量:600)、ポリビニルアルコール#1000(重量平均分子量:1000)、ポリビニルアルコール#1500(重量平均分子量:1500)、ポリビニルアルコール#1540(重量平均分子量:1540)、ポリビニルアルコール#2000(重量平均分子量:2000)等のポリビニルアルコール、ポリグリセリン、ポリグリセリンエステル等のポリグリセリン骨格を有するポリグリセリン化合物が挙げられ、これらのうち1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。また、ポリグリセリンエステルとしては、例えば、ポリグリセリンのモノステアレート、トリステアレート、テトラステアレート、モノオレエート、ペンタオレエート、モノラウレート、モノカプリレート、ポリシノレート、セスキステアレート、デカオレエート、セスキオレエート等が挙げられる。
この中でも、有機バインダーとして、ポリグリセリン化合物を用いた場合、以下のような効果が得られる。
Although it does not specifically limit as an organic binder, For example, polyethyleneglycol # 200 (weight average molecular weight 200), polyethyleneglycol # 300 (weight average molecular weight 300), polyethyleneglycol # 400 (average molecular weight 400), polyethyleneglycol # 600 ( Weight average molecular weight 600), polyethylene glycol # 1000 (weight average molecular weight 1000), polyethylene glycol # 1500 (weight average molecular weight 1500), polyethylene glycol # 1540 (weight average molecular weight 1540), polyethylene glycol # 2000 (weight average molecular weight 2000), etc. Polyethylene glycol, polyvinyl alcohol # 200 (weight average molecular weight: 200), polyvinyl alcohol # 300 (weight average molecular weight: 300), polyvinyl alcohol # 400 (average molecular weight: 400), polyvinyl alcohol # 600 (weight average molecular weight: 600), polyvinyl alcohol # 1000 (weight average molecular weight: 1000), polyvinyl alcohol # 1500 (weight average molecular weight: 1500), polyvinyl alcohol # 1540 (weight average molecular weight: 1540), polyvinyl alcohol such as polyvinyl alcohol # 2000 (weight average molecular weight: 2000), polyglycerol compounds having a polyglycerol skeleton such as polyglycerol, polyglycerol ester, etc. Alternatively, two or more kinds can be used in combination. Examples of the polyglycerol ester include polyglycerol monostearate, tristearate, tetrastearate, monooleate, pentaoleate, monolaurate, monocaprylate, polycinnolate, sesquistearate, decaoleate, and sesquioleate. Etc.
Among these, when a polyglycerin compound is used as the organic binder, the following effects can be obtained.
ポリグリセリン化合物は、導体パターン形成用インクによって形成されたパターン(後に詳述する導体パターンの前駆体)を乾燥(脱分散媒)した際に、パターンにクラックが発生するのを特に好適に防止することができる。これは、以下のように考えられる。導体パターン形成用インク中にポリグリセリン化合物が含まれることにより、銀粒子(金属粒子)の間に高分子鎖が存在することとなり、ポリグリセリン化合物が銀粒子同士の距離を適度なものとすることができる。さらに、ポリグリセリン化合物は比較的沸点が高いため、水系分散媒の除去時においては除去されず、銀粒子の周囲に付着する。以上により、水系分散媒除去時において、ポリグリセリン化合物が銀粒子を包み込んだ状態が長く続き、水系分散媒の揮発による急激な体積収縮が避けられるとともに銀の粒成長(凝集)が妨げられる結果、パターン中のクラックの発生が抑制されると考えられる。 The polyglycerin compound particularly suitably prevents the pattern from cracking when a pattern (a conductor pattern precursor, which will be described in detail later) formed by the conductor pattern forming ink is dried (dedispersion medium). be able to. This is considered as follows. When the polyglycerin compound is contained in the conductive pattern forming ink, polymer chains exist between the silver particles (metal particles), and the polyglycerin compound makes the distance between the silver particles moderate. Can do. Furthermore, since the polyglycerin compound has a relatively high boiling point, it is not removed when the aqueous dispersion medium is removed, and adheres around the silver particles. As described above, at the time of removing the aqueous dispersion medium, the polyglycerin compound continuously encapsulates the silver particles, and as a result, rapid volume shrinkage due to volatilization of the aqueous dispersion medium is avoided and silver grain growth (aggregation) is hindered. It is considered that the occurrence of cracks in the pattern is suppressed.
また、ポリグリセリン化合物は、導体パターンを形成する際の焼結時において、断線が発生するのをより確実に防止することができる。これは、以下のように考えられる。ポリグリセリン化合物は、比較的沸点あるいは分解温度が高い。このため、導体パターン形成用インクから導体パターンを形成する過程において、水系分散媒が蒸発した後、比較的高い温度まで、ポリグリセリン化合物を、蒸発或いは熱(酸化)分解せずに、パターン中に存在させることができる。したがって、ポリグリセリン化合物が蒸発或いは熱(酸化)分解するまでは、銀粒子の周囲にポリグリセリン化合物が存在し、銀粒子同士の接近と凝集とを抑制することができ、ポリグリセリン化合物が分解した後には、より均一に銀粒子同士を接合させることができる。さらに、焼結時においてパターン中の銀粒子(金属粒子)の間に高分子鎖(ポリグリセリン化合物)が存在することとなり、ポリグリセリン化合物が銀粒子同士の距離を保つことができる。また、このポリグリセリン化合物は、適度な流動性を有している。このため、ポリグリセリン化合物を含むことにより、導体パターンの前駆体は、セラミックス成形体の温度変化による膨張・収縮への追従性が優れたものとなる。 Further, the polyglycerin compound can more reliably prevent disconnection from occurring during sintering when forming the conductor pattern. This is considered as follows. Polyglycerin compounds have a relatively high boiling point or decomposition temperature. Therefore, in the process of forming the conductor pattern from the conductor pattern forming ink, after the aqueous dispersion medium evaporates, the polyglycerin compound is not evaporated or thermally (oxidized) decomposed to a relatively high temperature in the pattern. Can exist. Therefore, until the polyglycerin compound evaporates or is thermally (oxidized) decomposed, the polyglycerin compound exists around the silver particles, and the approach and aggregation of the silver particles can be suppressed, and the polyglycerin compound is decomposed. Later, the silver particles can be joined more uniformly. Furthermore, a polymer chain (polyglycerin compound) exists between silver particles (metal particles) in the pattern during sintering, and the polyglycerin compound can keep the distance between the silver particles. Moreover, this polyglycerin compound has moderate fluidity | liquidity. For this reason, by including a polyglycerin compound, the precursor of the conductor pattern has excellent followability to expansion / contraction due to temperature change of the ceramic molded body.
以上より、形成された導体パターンに断線が生じることをより確実に防止することができると考えられる。
また、このようなポリグリセリン化合物を含むことにより、インクの粘度をより適度なものとすることができ、インクジェットヘッドからの吐出安定性をより効果的に向上させることができる。また、成膜性も向上させることができる。
From the above, it is considered that disconnection of the formed conductor pattern can be more reliably prevented.
Moreover, by including such a polyglycerin compound, the viscosity of the ink can be made more appropriate, and the ejection stability from the ink jet head can be improved more effectively. In addition, film formability can be improved.
ポリグリセリン化合物としては、上述した中でも、ポリグリセリンを用いるのが好ましい。ポリグリセリンは、セラミックス成形体の温度変化による膨張・収縮への追従性が特に優れるとともに、セラミックス成形体の焼結後には、導体パターン中からより確実に除去することができる成分である。その結果、導体パターンの電気的特性をより高いものとすることができる。さらに、ポリグリセリンは、水系分散媒への溶解度も高いので、好適に用いることができる。 Among the above-mentioned polyglycerin compounds, polyglycerin is preferably used. Polyglycerin is a component that is particularly excellent in the ability to follow expansion and contraction due to temperature changes of the ceramic molded body, and can be more reliably removed from the conductor pattern after the ceramic molded body is sintered. As a result, the electrical characteristics of the conductor pattern can be made higher. Furthermore, since polyglycerin has high solubility in an aqueous dispersion medium, it can be suitably used.
有機バインダーは、その重量平均分子量が300以上3000以下であるのが好ましく、400以上1000以下であるのがより好ましく、400以上600以下であるのがさらに好ましい。これにより、導体パターン形成用インクによって形成されたパターンを乾燥した際に、クラックの発生をより確実に防止することができる。また、後述するようにインク中に糖アルコールを含む場合、有機バインダーと糖アルコールとの親和性が十分に高いものとなり、焼結時において、インクによって形成されたパターンは、より長期にわたって流動性を維持することができ、セラミック成形体の温度変化による収縮、膨張への追従性が特に優れたものとなる。これに対し、有機バインダーの重量平均分子量が前記下限値未満であると、有機バインダーの組成によっては、水系分散媒を除去する際に有機バインダーが分解しやすい傾向があり、クラックの発生を防止する効果が小さくなる。また、有機バインダーの重量平均分子量が前記上限値を超えると、有機バインダーの組成によっては、排除体積効果等によりインク中への溶解性、分散性が低下する場合がある。 The organic binder preferably has a weight average molecular weight of 300 or more and 3000 or less, more preferably 400 or more and 1000 or less, and still more preferably 400 or more and 600 or less. Thereby, when the pattern formed with the conductor pattern forming ink is dried, the occurrence of cracks can be more reliably prevented. In addition, when the sugar alcohol is included in the ink as described later, the affinity between the organic binder and the sugar alcohol becomes sufficiently high, and the pattern formed by the ink has a fluidity for a longer period during sintering. It can be maintained, and the followability to shrinkage and expansion due to temperature change of the ceramic molded body is particularly excellent. On the other hand, when the weight average molecular weight of the organic binder is less than the lower limit, depending on the composition of the organic binder, the organic binder tends to be decomposed when removing the aqueous dispersion medium, thereby preventing the occurrence of cracks. The effect is reduced. When the weight average molecular weight of the organic binder exceeds the upper limit, the solubility and dispersibility in the ink may be reduced depending on the composition of the organic binder due to the excluded volume effect or the like.
また、インク中に有機バインダーの含有量は、1wt%以上30wt%以下であるのが好ましく、5wt%以上20wt%以下であるのがより好ましい。これにより、インクの吐出安定性を特に優れたものとしつつ、クラック、断線の発生をより効果的に防止することができる。これに対して、有機バインダーの含有量が前記下限値未満であると、有機バインダーの組成によっては、クラックの発生を防止する効果が小さくなる場合がある。また、有機バインダーの含有量が前記上限値を超えると、有機バインダーの組成によっては、インクの粘度を十分に低いものとすることが困難な場合がある。
また、導体パターン形成用インクには、上記成分の他、糖アルコールまたは多糖類が含まれていてもよい。
Further, the content of the organic binder in the ink is preferably 1 wt% or more and 30 wt% or less, and more preferably 5 wt% or more and 20 wt% or less. This makes it possible to more effectively prevent the occurrence of cracks and disconnections while making the ink ejection stability particularly excellent. On the other hand, when the content of the organic binder is less than the lower limit, the effect of preventing the occurrence of cracks may be reduced depending on the composition of the organic binder. If the content of the organic binder exceeds the upper limit, it may be difficult to make the viscosity of the ink sufficiently low depending on the composition of the organic binder.
Further, the conductor pattern forming ink may contain sugar alcohol or polysaccharide in addition to the above components.
糖アルコール、多糖類は、導体パターン形成用インクの水系分散媒の揮発を防止することに寄与することのできる成分である。導体パターン形成用インク中に、糖アルコールまたは多糖類を含む場合、インクジェット装置の吐出部付近において水系分散媒が揮発することをより確実に防止でき、インクの粘度の上昇、乾燥が抑えられる。この結果、上述したポリエチレングリコール脂肪酸エステルを含むことによる効果との相乗効果により、インクの液滴の吐出安定性がさらに優れたものとなる。 Sugar alcohol and polysaccharide are components that can contribute to preventing volatilization of the aqueous dispersion medium of the conductor pattern forming ink. When the conductive pattern forming ink contains a sugar alcohol or a polysaccharide, it is possible to more reliably prevent the aqueous dispersion medium from volatilizing in the vicinity of the discharge part of the ink jet device, and to suppress the increase in the viscosity of the ink and the drying. As a result, the ejection stability of the ink droplets is further improved due to a synergistic effect with the effect of including the above-described polyethylene glycol fatty acid ester.
また、糖アルコール、多糖類は、分子量あたりの酸素数が多いため、雰囲気が糖アルコール、多糖類の分解温度に達すると、容易に分解して除去される。このため、導体パターンを形成する際には、導体パターンの温度を糖アルコール、多糖類の分解温度よりも高くすることで、導体パターン内から糖アルコール、多糖類を確実に除去(酸化分解)することができる。 In addition, since sugar alcohols and polysaccharides have a large number of oxygen per molecular weight, they are easily decomposed and removed when the atmosphere reaches the decomposition temperature of sugar alcohols and polysaccharides. For this reason, when forming a conductor pattern, by making the temperature of the conductor pattern higher than the decomposition temperature of sugar alcohol and polysaccharide, sugar alcohol and polysaccharide are reliably removed (oxidative decomposition) from within the conductor pattern. be able to.
糖アルコールとしては、例えば、トレイトール、エリスリトール、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール、アラビトール、リビトール、キシリトール、ソルビトール、マンニトール、スレイトール、グリトール、タリトール、ガラクチトール、アリトール、アルトリトール、ドルシトール、イディトール、グリセリン(グリセロール)、イノシトール、マルチトール、イソマルチトール、ラクチトール、ツラニトール等が挙げられ、これらのうち1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。 Examples of sugar alcohols include threitol, erythritol, pentaerythritol, dipentaerythritol, tripentaerythritol, arabitol, ribitol, xylitol, sorbitol, mannitol, threitol, glycol, tallitol, galactitol, allitol, altritol, dolitol, iditol. Glycerin (glycerol), inositol, maltitol, isomaltitol, lactitol, tranitol and the like, and one or more of these can be used in combination.
多糖類としては、例えば、セルロース、グアーガム、デンプン(アミロース、アミロペクチン)、プルラン、デキストリン、フルクタン、グルコマンナン、アガロース、アガロペクチン、カラギーナン、キチン、キトサン、ペクチン、アルギン酸、ヒアルロン酸、マルトデキストリン、またはこれらの誘導体(例えば、カルボニル基が還元された多糖類等)等が挙げられ、これらのうち1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。 Examples of the polysaccharide include cellulose, guar gum, starch (amylose, amylopectin), pullulan, dextrin, fructan, glucomannan, agarose, agaropectin, carrageenan, chitin, chitosan, pectin, alginic acid, hyaluronic acid, maltodextrin, or these Derivatives (for example, polysaccharides in which a carbonyl group is reduced) and the like can be mentioned, and one or more of these can be used in combination.
多糖類は、常温(25℃)で固体であるのが好ましい。これにより、形成される導体パターンの信頼性を特に優れたものとすることができる。
また、多糖類の重量平均分子量は、1,000以上5,000以下であるのが好ましく、1,200以上4,500以下であるのがより好ましく、1,500以上4,000以下であるのがさらに好ましい。
The polysaccharide is preferably solid at room temperature (25 ° C.). Thereby, the reliability of the conductor pattern formed can be made especially excellent.
The weight average molecular weight of the polysaccharide is preferably 1,000 or more and 5,000 or less, more preferably 1,200 or more and 4,500 or less, and 1,500 or more and 4,000 or less. Is more preferable.
導体パターン形成用インクは、上記の中でも、常温(25℃)で固体のマルトデキストリンを含むのが好ましい。これにより、液滴の吐出安定性、形成される導体パターンの信頼性を特に優れたものとすることができる。
また、導体パターン形成用インクは、多糖類として、カルボニル基が還元された多糖類を含むのが好ましい。これにより、液滴の吐出安定性、形成される導体パターンの信頼性を特に優れたものとすることができる。
Among the above, the conductive pattern forming ink preferably contains a solid maltodextrin at room temperature (25 ° C.). Thereby, the discharge stability of the droplet and the reliability of the formed conductor pattern can be made particularly excellent.
In addition, the conductor pattern forming ink preferably contains a polysaccharide having a carbonyl group reduced as the polysaccharide. Thereby, the discharge stability of the droplet and the reliability of the formed conductor pattern can be made particularly excellent.
上述したような糖アルコールまたは多糖類の、導体パターン形成用インク中における含有量は、3wt%以上20wt%以下であるのが好ましく、5wt%以上15wt%以下であるのがより好ましい。これにより、導体パターン形成用インクの水系分散媒の揮発をより確実に抑制することができ、導体パターン形成用インクは、より長期にわたって液滴の吐出安定性が特に優れたものとなる。 The content of the sugar alcohol or polysaccharide as described above in the conductive pattern forming ink is preferably 3 wt% or more and 20 wt% or less, and more preferably 5 wt% or more and 15 wt% or less. Thereby, volatilization of the aqueous dispersion medium of the conductor pattern forming ink can be more reliably suppressed, and the conductor pattern forming ink has particularly excellent droplet discharge stability over a longer period of time.
また、導体パターン形成用インクには、上記成分の他、アセチレングリコール系化合物が含まれていてもよい。アセチレングリコール系化合物は、導体パターン形成用インクとセラミックス成形体との接触角を所定の範囲に調整する機能を有するものである。また、アセチレングリコール系化合物は、少ない添加量で、導体パターン形成用インクとセラミックス成形体との接触角を所定の範囲に調整することができる。このように、導体パターン形成用インクとセラミックス成形体との接触角を所定の範囲に調整することにより、より微細な導体パターンを形成することができる。また、吐出した液滴内に気泡が混入した場合であっても、速やかに気泡を除去することができる。その結果、形成される導体パターンでのクラック、断線の発生をより効果的に防止することができる。 In addition to the above components, the conductive pattern forming ink may contain an acetylene glycol compound. The acetylene glycol-based compound has a function of adjusting the contact angle between the conductor pattern forming ink and the ceramic molded body within a predetermined range. Further, the contact angle between the conductor pattern forming ink and the ceramic molded body can be adjusted within a predetermined range with a small amount of the acetylene glycol compound. Thus, a finer conductor pattern can be formed by adjusting the contact angle between the conductor pattern forming ink and the ceramic molded body within a predetermined range. Further, even when bubbles are mixed in the discharged droplets, the bubbles can be quickly removed. As a result, generation of cracks and disconnections in the formed conductor pattern can be more effectively prevented.
上記化合物は、具体的には、導体パターン形成用インクとセラミックス成形体との接触角が40°以上80°以下(より好ましくは50°以上80°以下)に調整する機能を有するものである。接触角が小さすぎると、微細な線幅の導体パターンを形成するのが困難となる場合がある。一方、接触角が大きすぎると、吐出条件等によっては、均一な線幅の導体パターンを形成するのが困難となる場合がある。また、着弾した液滴とセラミックス成形体との接触面積が小さくなりすぎてしまい、着弾した液滴が着弾位置からずれてしまう場合がある。 Specifically, the compound has a function of adjusting the contact angle between the conductor pattern forming ink and the ceramic molded body to 40 ° or more and 80 ° or less (more preferably 50 ° or more and 80 ° or less). If the contact angle is too small, it may be difficult to form a conductor pattern with a fine line width. On the other hand, if the contact angle is too large, it may be difficult to form a conductor pattern with a uniform line width depending on the discharge conditions and the like. In addition, the contact area between the landed droplet and the ceramic molded body may be too small, and the landed droplet may be displaced from the landing position.
アセチレングリコール系化合物としては、例えば、サーフィノール104シリーズ(104E、104H、104PG−50、104PA等)、サーフィノール400シリーズ(420、465、485等)、オルフィンシリーズ(EXP4036、EXP4001、E1010等)(「サーフィノール」および「オルフィン」は、日信化学工業株式会社の商品名)等が挙げられ、これらのうち1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
また、インク中には、HLB値が異なる2種以上のアセチレングリコール系化合物を含んでいるのが好ましい。導体パターン形成用インクとセラミックス成形体との接触角を所定の範囲により容易に調整することができる。
Examples of acetylene glycol compounds include Surfynol 104 series (104E, 104H, 104PG-50, 104PA, etc.), Surfynol 400 series (420, 465, 485, etc.), Olphine series (EXP4036, EXP4001, E1010, etc.). ("Surfinol" and "Orphine" are trade names of Nissin Chemical Industry Co., Ltd.) and the like, and one or more of these can be used in combination.
The ink preferably contains two or more acetylene glycol compounds having different HLB values. The contact angle between the conductor pattern forming ink and the ceramic molded body can be easily adjusted within a predetermined range.
特に、インク中に含まれる2種以上のアセチレングリコール系化合物のうち、最もHLB値が高いアセチレングリコール系化合物のHLB値と、最もHLB値が低いアセチレングリコール系化合物のHLB値との差が、4以上12以下であるのが好ましく、5以上10以下であるのがより好ましい。これにより、より少ないアセチレングリコール系化合物の添加量で、導体パターン形成用インクとセラミックス成形体との接触角を所定の範囲により容易に調整することができる。 In particular, the difference between the HLB value of the acetylene glycol compound having the highest HLB value and the HLB value of the acetylene glycol compound having the lowest HLB value among two or more kinds of acetylene glycol compounds contained in the ink is 4 It is preferably 12 or more and more preferably 5 or more and 10 or less. Accordingly, the contact angle between the conductor pattern forming ink and the ceramic molded body can be easily adjusted within a predetermined range with a smaller amount of the acetylene glycol compound.
インク中に2種以上のアセチレングリコール系化合物を含むものを用いる場合、最もHLB値の高いアセチレングリコール系化合物のHLB値は、8以上16以下であるのが好ましく、9以上14以下であるのがより好ましい。
また、インク中に2種以上のアセチレングリコール系化合物を含むものを用いる場合、最もHLB値の低いアセチレングリコール系化合物のHLB値は、2以上7以下であるのが好ましく、3以上5以下であるのがより好ましい。
When an ink containing two or more acetylene glycol compounds is used, the HLB value of the acetylene glycol compound having the highest HLB value is preferably 8 or more and 16 or less, and preferably 9 or more and 14 or less. More preferred.
Moreover, when using what contains 2 or more types of acetylene glycol type compounds in an ink, it is preferable that the HLB value of the acetylene glycol type compound with the lowest HLB value is 2-7, and it is 3-5. Is more preferable.
インク中に含まれるアセチレングリコール系化合物の含有量は、0.001wt%以上1wt%以下であるのが好ましく、0.01wt%以上0.5wt%以下であるのがより好ましい。これにより、導体パターン形成用インクとセラミックス成形体との接触角をより効果的に所定の範囲に調整することができる。
また、導体パターン形成用インクには、上記成分の他、1,3−プロパンジオールが含まれていてもよい。これにより、インクジェットヘッドの吐出部付近における水系分散媒の揮発をより効果的に抑制することができるとともに、インクの粘度をより適度なものとすることができ、吐出安定性がさらに向上する。
The content of the acetylene glycol compound contained in the ink is preferably 0.001 wt% or more and 1 wt% or less, more preferably 0.01 wt% or more and 0.5 wt% or less. As a result, the contact angle between the conductor pattern forming ink and the ceramic molded body can be more effectively adjusted to a predetermined range.
Further, the conductor pattern forming ink may contain 1,3-propanediol in addition to the above components. As a result, volatilization of the aqueous dispersion medium in the vicinity of the ejection portion of the inkjet head can be more effectively suppressed, the viscosity of the ink can be made more appropriate, and ejection stability is further improved.
インク中に1,3−プロパンジオールを含む場合、その含有量は、0.5wt%以上20wt%以下であるのが好ましく、2wt%以上10wt%以下であるのがより好ましい。これにより、インクの吐出安定性をより効果的に向上させることができる。
なお、導体パターン形成用インクの構成成分は、上記成分に限定されず、上記以外の成分を含んでいてもよい。
例えば、導体パターン形成用インクは、エチレングリコール、1,3−ブチレングリコール、プロピレングリコール等の多価アルコールを含んでいてもよい。
When 1,3-propanediol is contained in the ink, the content is preferably 0.5 wt% or more and 20 wt% or less, and more preferably 2 wt% or more and 10 wt% or less. Thereby, the ejection stability of ink can be improved more effectively.
The constituent components of the conductor pattern forming ink are not limited to the above components, and may include components other than those described above.
For example, the conductive pattern forming ink may contain a polyhydric alcohol such as ethylene glycol, 1,3-butylene glycol, or propylene glycol.
《導体パターン形成用インクの製造方法》
次に、上述したような導体パターン形成用インクの製造方法の一例について説明する。
本実施形態では導体パターン形成用インクは、銀コロイド粒子が水系分散媒中に分散したコロイド液であるとして説明する。
本実施形態のインクを製造する際には、まず、上記分散剤と、還元剤とを溶解した水溶液を調製する。
分散剤の配合量としては、出発物質である硝酸銀のような銀塩中の銀と分散剤とのモル比が1:1以上1:100以下程度となるように配合することが好ましい。銀塩に対する分散剤のモル比が大きくなると、銀粒子の粒径が小さくなって導体パターン形成後の粒子同士の接触点が増えるため、体積抵抗値の低い被膜を得ることができる。
<< Method for producing conductive pattern forming ink >>
Next, an example of a method for producing the above-described conductor pattern forming ink will be described.
In this embodiment, the conductor pattern forming ink will be described as a colloidal liquid in which silver colloidal particles are dispersed in an aqueous dispersion medium.
When manufacturing the ink of this embodiment, first, an aqueous solution in which the dispersant and the reducing agent are dissolved is prepared.
As a blending amount of the dispersing agent, it is preferable to blend so that a molar ratio of silver in the silver salt such as silver nitrate as a starting material to the dispersing agent is about 1: 1 to 1: 100. When the molar ratio of the dispersant to the silver salt is increased, the particle size of the silver particles is reduced and the contact points between the particles after the formation of the conductor pattern is increased, so that a film having a low volume resistance value can be obtained.
還元剤は、出発物質である硝酸銀(Ag+NO3−)のような銀塩中のAg+イオンを還元して銀粒子を生成するという働きを有する。
還元剤としては、特に限定されず、例えば、ヒドラジン、ジメチルアミノエタノール、メチルジエタノールアミン、トリエタノールアミン等のアミン系;水酸化ホウ素ナトリウム、水素ガス、ヨウ化水素等の水素化合物系;一酸化炭素、亜硫酸次亜リン酸等の酸化物系、Fe(II)化合物、Sn(II)化合物等の低原子価金属塩系、D−グルコースのような糖類、ホルムアルデヒド等の有機化合物系、あるいは上記の分散剤として挙げたヒドロキシ酸であるクエン酸、りんご酸や、ヒドロキシ酸塩であるクエン酸三ナトリウム、クエン酸三カリウム、クエン酸三リチウム、クエン酸三アンモニウム、りんご酸二ナトリウムやタンニン酸等が挙げられる。中でも、タンニン酸や、ヒドロキシ酸は還元剤として機能すると同時に分散剤としての効果を発揮するため好適に用いることができる。あるいは、金属表面で安定した結合を形成する分散剤として上記に挙げたメルカプト酸であるメルカプト酢酸、メルカプトプロピオン酸、チオジプロピオン酸、メルカプトコハク酸、チオ酢酸やメルカプト酸塩であるメルカプト酢酸ナトリウム、メルカプトプロピオン酸ナトリウム、チオジプロピオン酸ナトリウム、メルカプトコハク酸ナトリウム、メルカプト酢酸カリウム、メルカプトプロピオン酸カリウム、チオジプロピオン酸カリウム、メルカプトコハク酸カリウム等を好適に用いることができる。これらの分散剤や還元剤は単独で用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。これらの化合物を使用する際には、光や熱を加えて還元反応を促進させてもよい。
The reducing agent has a function of generating silver particles by reducing Ag + ions in a silver salt such as silver nitrate (Ag + NO 3− ) which is a starting material.
The reducing agent is not particularly limited, and examples thereof include amines such as hydrazine, dimethylaminoethanol, methyldiethanolamine, and triethanolamine; hydrogen compounds such as sodium borohydride, hydrogen gas, and hydrogen iodide; carbon monoxide, Oxides such as hyposulfite hypophosphorous acid, low valent metal salts such as Fe (II) compounds and Sn (II) compounds, saccharides such as D-glucose, organic compounds such as formaldehyde, or the above dispersions Citric acid and malic acid which are the hydroxy acids mentioned as agents, and trisodium citrate, tripotassium citrate, trilithium citrate, triammonium citrate, disodium malate and tannic acid which are hydroxy acid salts It is done. Among them, tannic acid and hydroxy acid can be suitably used because they function as a reducing agent and at the same time exert an effect as a dispersant. Alternatively, mercaptoacetic acid, mercaptopropionic acid, thiodipropionic acid, mercaptosuccinic acid, mercaptosuccinic acid, sodium mercaptoacetate, which is thioacetic acid or mercaptoate, listed above as a dispersant that forms a stable bond on the metal surface, Sodium mercaptopropionate, sodium thiodipropionate, sodium mercaptosuccinate, potassium mercaptoacetate, potassium mercaptopropionate, potassium thiodipropionate, potassium mercaptosuccinate and the like can be suitably used. These dispersants and reducing agents may be used alone or in combination of two or more. When these compounds are used, the reduction reaction may be promoted by applying light or heat.
また、還元剤の配合量としては、上記出発物質である銀塩を完全に還元できる量が必要であるが、過剰な還元剤は不純物として銀コロイド液中に残存してしまい、成膜後の導電性を悪化させる等の原因となるため、必要最小限の量が好ましい。具体的な配合量としては、上記銀塩と還元剤とのモル比が1:1以上1:3以下程度である。
本実施形態において、分散剤と還元剤とを溶解して水溶液を調製した後、この水溶液のpHを6以上12以下に調整することが好ましい。
In addition, the amount of the reducing agent is required to be an amount that can completely reduce the silver salt that is the starting material. However, the excessive reducing agent remains as impurities in the silver colloidal solution, and the film is formed after film formation. The necessary minimum amount is preferable because it causes deterioration of conductivity. As a specific blending amount, the molar ratio of the silver salt to the reducing agent is about 1: 1 to 1: 3.
In this embodiment, it is preferable to adjust the pH of the aqueous solution to 6 or more and 12 or less after preparing the aqueous solution by dissolving the dispersant and the reducing agent.
これは、以下のような理由による。例えば、分散剤であるクエン酸三ナトリウムと還元剤である硫酸第一鉄とを混合した場合、全体の濃度にもよるがpHは大体4以上5以下程度と、上記したpH6を下回る。このとき存在する水素イオンは、下記反応式(1)で表される反応の平衡を右辺に移動させ、COOHの量が多くなる。したがって、その後、銀塩溶液を滴下して得られる銀粒子表面の電気的反発力が減少し、銀粒子(コロイド粒子)の分散性が低下してしまう。
−COO−+H+ → −COOH…(1)
This is due to the following reasons. For example, when trisodium citrate, which is a dispersant, and ferrous sulfate, which is a reducing agent, are mixed, the pH is about 4 or more and 5 or less, which is lower than the above pH 6, although it depends on the overall concentration. The hydrogen ions present at this time move the equilibrium of the reaction represented by the following reaction formula (1) to the right side, and the amount of COOH increases. Therefore, thereafter, the electric repulsive force on the surface of the silver particles obtained by dropping the silver salt solution decreases, and the dispersibility of the silver particles (colloid particles) decreases.
−COO − + H + → −COOH (1)
そこで、分散剤と還元剤とを溶解して水溶液を調製した後、この水溶液にアルカリ性の化合物を添加し、水素イオン濃度を低下させる。
添加するアルカリ性の化合物としては、特に限定されず、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、アンモニア水や、上述したアルカノールアミン等を用いることができる。これらの中でも、アルカノールアミンを用いた場合、pHを容易に調整できるとともに、形成される銀コロイド粒子の分散安定性をより向上させることができる。
なお、アルカリ性の化合物の添加量が多すぎて、pHが12を超えると、鉄イオンのような残存している還元剤のイオンの水酸化物の沈殿が起こりやすくなる。
Therefore, after dissolving the dispersant and the reducing agent to prepare an aqueous solution, an alkaline compound is added to the aqueous solution to reduce the hydrogen ion concentration.
It does not specifically limit as an alkaline compound to add, For example, sodium hydroxide, potassium hydroxide, lithium hydroxide, ammonia water, the alkanolamine mentioned above, etc. can be used. Among these, when alkanolamine is used, the pH can be easily adjusted and the dispersion stability of the formed silver colloidal particles can be further improved.
In addition, when there is too much addition amount of an alkaline compound and pH exceeds 12, precipitation of the hydroxide of the ion of the remaining reducing agent like iron ion will occur easily.
次に、本実施形態のインクの製造工程では、調製した分散剤と還元剤とが溶解した水溶液に銀塩を含む水溶液を滴下する。
銀塩としては、特に限定されず、例えば、酢酸銀、炭酸銀、酸化銀、硫酸銀、亜硝酸銀、塩素酸銀、硫化銀、クロム酸銀、硝酸銀、二クロム酸銀等を用いることができる。これらの中では、水への溶解度が大きい硝酸銀が好ましい。
また、銀塩の量は、目的とするコロイド粒子の含有量、および、還元剤により還元される割合を考慮して定められるが、例えば、硝酸銀の場合、水溶液100重量部に対して15重量部以上70重量部以下程度とするのが好ましい。
Next, in the ink manufacturing process of this embodiment, an aqueous solution containing a silver salt is dropped into an aqueous solution in which the prepared dispersant and reducing agent are dissolved.
The silver salt is not particularly limited, and for example, silver acetate, silver carbonate, silver oxide, silver sulfate, silver nitrite, silver chlorate, silver sulfide, silver chromate, silver nitrate, silver dichromate and the like can be used. . Among these, silver nitrate having a high solubility in water is preferable.
The amount of the silver salt is determined in consideration of the content of the target colloidal particles and the ratio reduced by the reducing agent. For example, in the case of silver nitrate, 15 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the aqueous solution. The amount is preferably about 70 parts by weight or less.
銀塩水溶液は、上記銀塩を純水に溶かすことにより調製し、調製した銀塩の水溶液を徐々に前述した分散剤と還元剤とが溶解した水溶液中に滴下する。
この工程において、銀塩は還元剤により銀粒子に還元され、さらに、該銀粒子の表面に分散剤が吸着して銀コロイド粒子が形成される。これにより、銀コロイド粒子が水溶液中にコロイド状に分散した水溶液が得られる。
得られた溶液中には、コロイド粒子のほかに、還元剤の残留物や分散剤が存在しており、液全体のイオン濃度が高くなっている。このような状態の液は、凝析が起こり、沈殿しやすい。そこで、このような水溶液中の余分なイオンを取り除いてイオン濃度を低下させるために、洗浄を行うことが望ましい。
The silver salt aqueous solution is prepared by dissolving the silver salt in pure water, and the prepared silver salt aqueous solution is gradually dropped into the aqueous solution in which the dispersing agent and reducing agent described above are dissolved.
In this step, the silver salt is reduced to silver particles by a reducing agent, and the dispersant is adsorbed on the surface of the silver particles to form silver colloidal particles. As a result, an aqueous solution in which silver colloidal particles are colloidally dispersed in the aqueous solution is obtained.
In the obtained solution, in addition to the colloidal particles, a reducing agent residue and a dispersing agent are present, and the ion concentration of the whole liquid is high. The liquid in such a state is likely to coagulate and precipitate easily. Therefore, it is desirable to perform cleaning in order to remove excess ions in such an aqueous solution and lower the ion concentration.
洗浄の方法としては、例えば、得られたコロイド粒子を含む水溶液を一定期間静置し、生じた上澄み液を取り除いた上で、純水を加えて再度攪拌し、さらに一定期間静置して生じた上澄み液を取り除く工程を幾度が繰り返す方法、上記静置の代わりに遠心分離を行う方法、限外濾過等でイオンを取り除く方法等を挙げることができる。
あるいは、次のような方法で洗浄を行ってもよい。溶液を製造した後に溶液のpHを5以下の酸性の領域に調整し、上記反応式(1)の反応の平衡を右辺に移動させることで銀粒子表面の電気的反発力を減少させ、積極的に金属コロイド粒子を凝集させた状態で洗浄を行い、塩類や溶媒を除去することができる。メルカプト酸のような低分子量の硫黄化合物を分散剤として粒子表面に有する金属コロイド粒子であれば金属表面で安定した結合を形成するため、凝集した金属コロイド粒子は、溶液のpHを6以上のアルカリ性の領域に再調整することにより、容易に再分散し、分散安定性に優れた金属コロイド液を得ることができる。
As a washing method, for example, the aqueous solution containing the obtained colloidal particles is allowed to stand for a certain period, and the resulting supernatant liquid is removed, and then pure water is added and stirred again, and further left to stand for a certain period. In addition, a method of repeating the step of removing the supernatant liquid several times, a method of performing centrifugation instead of the above-mentioned standing, a method of removing ions by ultrafiltration, and the like can be mentioned.
Alternatively, cleaning may be performed by the following method. After the solution is prepared, the pH of the solution is adjusted to an acidic region of 5 or less, and the electric repulsive force on the surface of the silver particles is reduced by moving the equilibrium of the reaction of the above reaction formula (1) to the right side. It is possible to remove salts and solvents by washing in a state where metal colloidal particles are aggregated. In the case of a metal colloid particle having a low molecular weight sulfur compound such as mercapto acid on the particle surface as a dispersant, a stable bond is formed on the metal surface. Therefore, the aggregated metal colloid particle has an alkaline pH of 6 or more. By re-adjusting to this region, it is possible to obtain a metal colloid liquid that is easily redispersed and excellent in dispersion stability.
本実施形態のインクの製造過程では、上記工程の後、必要により銀コロイド粒子が分散した水溶液に水酸化アルカリ金属水溶液を添加し、最終的なpHを6〜11に調整することが好ましい。
これは、還元後に洗浄を行ったため、電解質イオンであるナトリウム濃度が減少している場合があり、このような状態の溶液では、下記反応式(2)で表される反応の平衡が右辺へ移動する。このままでは、銀コロイドの電気的反発力が減少して銀粒子の分散性が低下するため、適当量の水酸化アルカリを添加することにより、反応式(2)の平衡を左辺に移動させ、銀コロイドを安定化させるのである。
−COO−Na++H2O → −COOH+Na++OH−…(2)
In the ink production process of the present embodiment, it is preferable to adjust the final pH to 6 to 11 by adding an aqueous alkali metal hydroxide solution to an aqueous solution in which silver colloidal particles are dispersed as necessary after the above step.
This is because the concentration of sodium, which is an electrolyte ion, may be decreased because washing is performed after reduction. In the solution in such a state, the equilibrium of the reaction represented by the following reaction formula (2) moves to the right side. To do. If this is the case, the electrical repulsive force of the silver colloid is reduced and the dispersibility of the silver particles is lowered. Therefore, by adding an appropriate amount of alkali hydroxide, the equilibrium of the reaction formula (2) is shifted to the left side, and silver It stabilizes the colloid.
—COO — Na + + H 2 O → —COOH + Na + + OH − (2)
このときに使用する上記水酸化アルカリ金属としては、例えば、最初にpHを調整する際に用いた化合物と同様の化合物を挙げることができる。
pHが6未満では、反応式(2)の平衡が右辺に移動するため、コロイド粒子が不安定化し、一方、pHが11を超えると、鉄イオンのような残存しているイオンの水酸化塩の沈殿が起こりやすくなるため好ましくない。ただし、予め鉄イオン等を取り除いておけば、pHが11を超えても大きな問題はない。
As said alkali metal hydroxide used at this time, the compound similar to the compound used when adjusting pH first can be mentioned, for example.
If the pH is less than 6, the equilibrium of the reaction formula (2) shifts to the right side, so that the colloidal particles become unstable. On the other hand, if the pH exceeds 11, hydroxides of remaining ions such as iron ions This is not preferable because precipitation of selenium tends to occur. However, if iron ions or the like are removed in advance, there is no major problem even if the pH exceeds 11.
なお、ナトリウムイオン等の陽イオンは水酸化物の形で加えるのが好ましい。これは、水の自己プロトリシスを利用できるため最も効果的にナトリウムイオン等の陽イオンを水溶液中に加えることができるからである。
また、pHを6〜11に調整する上記工程において、水酸化アルカリ金属水溶液の代わりに、アルカノールアミンを用いてもよい。
Cations such as sodium ions are preferably added in the form of hydroxides. This is because the self-protolysis of water can be used, so that cations such as sodium ions can be added to the aqueous solution most effectively.
Moreover, in the said process of adjusting pH to 6-11, you may use an alkanolamine instead of an alkali metal hydroxide aqueous solution.
以上のようにして得られた銀コロイド粒子が分散した水溶液に、前述したようなポリエチレングリコール脂肪酸エステル等の他の成分を添加することにより、導体パターン形成用インク(本発明の導体パターン形成用インク)を得る。
なお、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル等の他の成分の添加時期は、特に限定されず、銀コロイド粒子の形成後ならいつでもよい。
By adding other components such as polyethylene glycol fatty acid ester as described above to the aqueous solution in which silver colloidal particles obtained as described above are dispersed, a conductive pattern forming ink (the conductive pattern forming ink of the present invention) is added. )
In addition, the addition time of other components, such as polyethyleneglycol fatty acid ester, is not specifically limited, and may be any time after the formation of the silver colloid particles.
《導体パターンおよび配線基板》
次に、導体パターンおよび配線基板について詳細に説明する。
図1は、本発明の配線基板の一例を示す縦断面図である。
図1に示すように、配線基板(セラミックス回路基板)30は、セラミックス基板31が多数(例えば10枚から20枚程度)積層されてなる積層基板32と、この積層基板32の最外層、すなわち一方の側の表面に形成された、微細配線等からなる導体パターン(回路)21とを有して形成されたものである。
<< Conductor pattern and wiring board >>
Next, the conductor pattern and the wiring board will be described in detail.
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an example of a wiring board according to the present invention.
As shown in FIG. 1, a wiring board (ceramic circuit board) 30 includes a
積層基板32は、積層されたセラミックス基板31、31間に、導体パターン(回路)20を備えている。
導体パターン20は、上述したような導体パターン形成用インク1により形成されたパターン(導体パターン前駆体、以下、単に前駆体ともいう。)10を加熱する(焼結する)ことにより形成される薄膜状の導体パターンであって、金属粒子が相互に結合されてなり、少なくとも導体パターン表面において金属粒子同士が隙間なく結合している。
The
The
導体パターン20の比抵抗は、20μΩcm未満であることが好ましく、15μΩcm以下であることがより好ましい。このときの比抵抗は、インクの付与後、160℃で加熱、乾燥した後の比抵抗をいう。上記比抵抗が20μΩcm以上になると、導電性が要求される用途、すなわち回路基板上に形成する電極等に用いることが困難となる。
なお、上記のような導体パターン20は、携帯電話やPDA等の移動通話機器の高周波モジュール、インターポーザー、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)、加速度センサー、弾性表面波素子、アンテナや櫛歯電極等の異形電極、その他各種計測装置等の電子部品等に適用することができる。
The specific resistance of the
The
なお、導体パターン20は、導体パターン前駆体10を焼結処理として160℃以上で20分以上の条件で加熱することにより得られる。なお、この導体パターン前駆体10の焼結は、後述するようにセラミックス成形体15の脱脂、焼結とともに行うことができる。
なお、導体パターン20Aも、導体パターン20と同様に、本発明の導体パターン形成用インクにより形成されたものとなっている。
The
The
セラミックス基板31は、シート状をなしており、導体パターン20を支持する。
また、セラミックス基板31には、導体パターン20に接続するコンタクト(ビア)33が形成されている。このような構成によって導体パターン20は、上下に配置された導体パターン20、20間が、コンタクト33によって導通したものとなっている。
なお、セラミックス基板31は、後述するように、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタン等のセラミックス粉末と、バインダーとを含む材料をシート状にし、その後、加熱処理(焼結処理)することにより得られる基板である。
The
In addition, a contact (via) 33 connected to the
As will be described later, the
以上のような配線基板30は、上述したような本発明の導体パターン形成用インクを用いて製造されているため、信頼性の高いものとなっている。
また、上述したような配線基板30は、各種の電子機器に用いられる電子部品となるものであり、各種配線や電極等からなる回路パターン、積層セラミックスコンデンサ、積層インダクター、LCフィルタ、複合高周波部品等を基板に形成してなるものである。
Since the
The
《配線基板の製造方法》
次に、本発明の配線基板の製造方法の好適な実施形態について説明する。
図2は、図1に示す配線基板(セラミックス回路基板)の製造方法の概略の工程を示す説明図、図3は、図1に示す配線基板(セラミックス回路基板)の製造方法の工程説明図である。
<Method for manufacturing wiring board>
Next, a preferred embodiment of the method for manufacturing a wiring board of the present invention will be described.
FIG. 2 is an explanatory view showing a schematic process of the method for manufacturing the wiring board (ceramic circuit board) shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a process explanatory view of the method for manufacturing the wiring board (ceramic circuit board) shown in FIG. is there.
本実施形態の配線基板の製造方法は、セラミックス材料とバインダーとを含む材料で構成されたシート状のセラミックス成形体15を複数用意する工程(セラミックス成形体用意工程)と、セラミックス成形体15のうち少なくとも1つの表面上に、金属粒子と金属粒子が分散する分散媒とを含む導体パターン形成用インク1を液滴吐出法により吐出して、導体パターン前駆体10を形成する工程(導体パターン前駆体形成工程)と、複数のセラミックス成形体15を積層して積層体17を得る工程(積層工程)と、積層体17を加熱して、導体パターン20およびセラミックス基板31を有する配線基板30を得る工程(焼成工程)とを有している。
The method of manufacturing a wiring board according to the present embodiment includes a step of preparing a plurality of sheet-like ceramic molded
以下、各工程について詳細に説明する。
[セラミックス成形体用意工程(セラミックス成形体形成工程)]
本工程では、セラミックス材料とバインダーとを含む材料で構成されたシート状のセラミックス成形体(セラミックスグリーンシート)15を複数用意する。
セラミックス成形体15は、後述するように焼結処理されることにより、セラミックス基板31となるものである。
セラミックス成形体15は、例えば、以下のようにして形成する。
Hereinafter, each step will be described in detail.
[Ceramic molded body preparation process (ceramic molded body forming process)]
In this step, a plurality of sheet-like ceramic molded bodies (ceramic green sheets) 15 made of a material containing a ceramic material and a binder are prepared.
The ceramic molded
The ceramic molded
まず、図2に示すように、原料粉体として、平均粒径が1μm以上2μm以下のアルミナ(Al2O3)や酸化チタン(TiO2)等からなるセラミックス粉末(セラミックス材料)と、平均粒径が1μm以上2μm以下のホウ珪酸ガラス等からなるガラス粉末とを用意し、これらを適宜な混合比、例えば1:1の重量比で混合する。
このように、セラミックス成形体15の材料として、ガラス材料を含むことにより、以下のような効果が得られる。ガラス材料は、焼結時において溶融し、導体パターン20を形成されるセラミックス基板31に固定、密着させる機能を有している。このため、形成される導体パターン20および配線基板30はより信頼性の高いものとなる。
First, as shown in FIG. 2, as a raw material powder, ceramic powder (ceramic material) made of alumina (Al 2 O 3 ), titanium oxide (TiO 2 ), or the like having an average particle diameter of 1 μm to 2 μm, and average particles A glass powder made of borosilicate glass having a diameter of 1 μm or more and 2 μm or less is prepared, and these are mixed at an appropriate mixing ratio, for example, a weight ratio of 1: 1.
Thus, the following effects are acquired by including a glass material as a material of the ceramic molded
次に、得られた混合粉末に適宜なバインダー(結合剤)や可塑剤、有機溶剤(分散剤)等を加え、混合・撹拌することにより、スラリーを得る。ここで、バインダーとしては、ポリビニルブチラールが好適に用いられるが、これは水に不溶であり、かつ、いわゆる油系の有機溶媒に溶解しあるいは膨潤し易いものである。
次に、得られたスラリーを、ドクターブレード、リバースコーター等を用いてPETフィルム上にシート状に形成し、製品の製造条件に応じて数μm以上数百μm以下の厚さのシートに成形し、その後、ロールに巻き取る。
Next, a suitable binder (binder), a plasticizer, an organic solvent (dispersant), etc. are added to the obtained mixed powder, and a slurry is obtained by mixing and stirring. Here, polyvinyl butyral is preferably used as the binder, but it is insoluble in water and easily dissolved or swelled in a so-called oil-based organic solvent.
Next, the resulting slurry is formed into a sheet on a PET film using a doctor blade, reverse coater, etc., and formed into a sheet having a thickness of several μm or more and several hundreds μm or less depending on the manufacturing conditions of the product. Then, it is wound on a roll.
続いて、製品の用途に合わせて切断し、さらに所定寸法のシートに裁断する。本実施形態では、例えば1辺の長さを200mmとする正方形状に裁断する。
次に、必要に応じて所定の位置に、CO2レーザー、YAGレーザー、機械式パンチ等によって孔開けを行うことでスルーホール(貫通孔)を形成する。
そして、このスルーホールに、金属粒子が分散した厚膜導電ペーストを充填することにより、コンタクト33となるべき部位(コンタクト前駆体16)を形成する。厚膜導電ペーストとしては、前述したような導体パターン形成用インクを用いることができる。なお、厚膜導電ペーストの充填は、本工程で行うものであってもよいし、後述する導体パターン前駆体形成工程で行うものであってもよく、また、導体パターン前駆体形成工程の後に行うものであってもよい。
以上により、複数のセラミックス成形体15を準備する。
Subsequently, the sheet is cut according to the use of the product, and further cut into a sheet having a predetermined size. In this embodiment, for example, it is cut into a square shape having a side length of 200 mm.
Next, a through hole (through hole) is formed at a predetermined position by drilling with a CO 2 laser, a YAG laser, a mechanical punch or the like as necessary.
Then, by filling the through-hole with a thick film conductive paste in which metal particles are dispersed, a portion (contact precursor 16) to be the
Thus, a plurality of ceramic molded
[導体パターン前駆体形成工程]
次に、上記のようにして得られたセラミックス成形体15の一方の側の表面に、導体パターン20となる導体パターン前駆体10を、コンタクト前駆体16に連続した状態に形成する。すなわち、図3(a)に示すようにセラミックス成形体15上に、導体パターン形成用インク(以下単にインクともいう)1を液滴吐出(インクジェット)法により付与し、導体パターン前駆体10を形成する。
[Conductor pattern precursor forming step]
Next, the
本実施形態において、導体パターン形成用インクの吐出は、後述するようなインクジェット装置(液滴吐出装置)100を用いることにより行うことができる。インク1(本発明の導体パターン形成用インク)は吐出安定性に優れているため、インク1を、セラミックス成形体15(基材S)上の所望する場所に所望の量、精度良く吐出し、配することができる。
なお、形成した導体パターン前駆体10について、さらに乾燥処理を施してもよい。乾燥処理は、上記の液滴吐出時におけるセラミックス成形体15の加熱温度と同様の条件で行うことができる。
In this embodiment, the conductive pattern forming ink can be ejected by using an ink jet apparatus (droplet ejecting apparatus) 100 as described later. Since the ink 1 (ink for forming a conductor pattern of the present invention) is excellent in ejection stability, the ink 1 is ejected to a desired location on the ceramic molded body 15 (substrate S) with a desired amount and with high accuracy. Can be arranged.
The formed
また、液滴吐出方法によりインク1を付与してから、セラミックス成形体15を加熱して水等の水系分散媒を蒸発させ、当該加熱後の導体パターン前駆体10の上に再度インク1を付与する、といった工程を繰り返し行うことで、厚膜の導体パターン前駆体10を形成してもよい。このような場合、セラミックス成形体15に一旦付与されたインク1の粘度が上昇することから、インク1がセラミックス成形体15上に過度に濡れ広がることを防止し、導体パターン前駆体10の厚さ、線幅等をより精度よく目的のものとすることができる。
このようにして導体パターン前駆体10を形成したら、同様の工程により、導体パターン前駆体10を形成したセラミックス成形体15を必要枚数、例えば10枚から20枚程度作製する。
Further, after applying ink 1 by the droplet discharge method, the ceramic molded
After the
[積層工程]
次いで、これらセラミックス成形体15からPETフィルムを剥がし、図3(b)に示すようにこれらを積層することにより、積層体17を得る。
この際に、積層するセラミックス成形体15については、上下に重ねられるセラミックス成形体15間で、それぞれの導体パターン前駆体10が必要に応じてコンタクト前駆体16を介して接続するように配置する。
その後、積層したセラミックスグリーンシート15をポリエチレンパックで包装、封入した後、静水圧プレス機にてセラミックス成形体15を構成するバインダーのガラス転移点以上に加熱しつつ、各セラミックス成形体15同士を圧着する。これにより、積層体17を得る。
[Lamination process]
Next, the PET film is peeled off from these ceramic molded
At this time, the ceramic molded
Thereafter, the laminated ceramic
[加熱工程]
次に、このようにして積層体17を形成したら、ポリエチレンパックから開封した後、例えば、ベルト炉などによって加熱処理する。これにより、各セラミックス成形体15は焼結されることで、図1に示すようにセラミックス基板31となり、また、導体パターン前駆体10は、これを構成する銀コロイド粒子が焼結して配線パターンや電極パターンからなる導体パターン(回路)20となる。そして、このように積層体17が加熱処理されることで、この積層体17は図1に示した積層基板32となる。
[Heating process]
Next, when the
ここで、積層体17の加熱温度としては、セラミックス成形体15中に含まれるガラス材料の軟化点以上とするのが好ましく、具体的には、600℃以上900℃以下とするのが好ましい。また、加熱条件としては、適宜な速度で温度を上昇させ、かつ下降させるようにし、さらに、最大加熱温度、すなわち前記の600℃以上900℃以下の温度では、その温度に応じて適宜な時間保持するようにする。
Here, the heating temperature of the
このようにガラスの軟化点以上の温度、すなわち前記温度範囲にまで加熱温度を上げることにより、得られるセラミックス基板31のガラス成分を軟化させることができる。したがって、その後常温にまで冷却し、ガラス成分を硬化させることにより、積層基板32を構成する各セラミックス基板31と導体パターン20との間がより強固に固着するようになる。
Thus, the glass component of the
また、このような温度範囲で加熱することにより、得られるセラミックス基板31は、900°以下の温度で焼結されて形成された、低温焼結セラミックス(LTCC)となる。
ここで、セラミックス成形体15上に配されたインク1中の金属は、加熱処理によって互いに融着し、連続することによって導電性を示すようになる。
Further, by heating in such a temperature range, the obtained
Here, the metals in the ink 1 arranged on the ceramic molded
このような加熱処理によって導体パターン20は、セラミックス基板31中のコンタクト33に直接接続させられ、導通させられて形成されたものとなる。ここで、この導体パターン20が単にセラミックス基板31上に載っているだけでは、セラミックス基板31に対する機械的な接続強度が確保されず、したがって衝撃等によって破損してしまうおそれがある。しかしながら、本実施形態では、前述したようにセラミックス成形体15中のガラスを一旦軟化させ、その後硬化させることにより、導体パターン20をセラミックス基板31に対し強固に固着させている。したがって、形成された導体パターン20は、機械的にも高い強度を有するものとなる。
By such heat treatment, the
なお、このような加熱処理により、導体パターン20Aについても前記導体パターン20と同時に形成することができ、これによってセラミックス回路基板(配線基板)30を得ることができる。
以上のようなセラミックス回路基板30の製造方法では、本発明の導体パターン形成用インクを使用しているため、得られる導体パターン20は、信頼性の高いものとなる。また、製造されるセラミックス回路基板30も、信頼性の高いものとなる。
By such heat treatment, the
In the manufacturing method of the
《液滴吐出ヘッドおよび液滴吐出装置》
次に、上述した配線基板の製造方法に用いる液滴吐出装置(インクジェット装置)について図面を参照しつつ説明する。
図4は、液滴吐出装置(インクジェット装置)の概略構成を示す斜視図、図5は、液滴吐出ヘッドの概略構成を示す模式図である。図4において、X方向はベース130の左右方向であり、Y方向は前後方向であり、Z方向は上下方向である。
<Droplet discharge head and droplet discharge device>
Next, a droplet discharge device (inkjet device) used in the above-described wiring board manufacturing method will be described with reference to the drawings.
FIG. 4 is a perspective view illustrating a schematic configuration of a droplet discharge device (inkjet device), and FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of a droplet discharge head. In FIG. 4, the X direction is the left-right direction of the
液滴吐出装置(インクジェット装置)100は、基材S(セラミックス成形体15)上に導体パターン形成用インク1を吐出し、導体パターンを形成するための装置である。
液滴吐出装置100は、図4に示す液滴吐出ヘッド(インクジェットヘッド。以下、単にヘッドと呼ぶ)110と、ベース130と、テーブル140と、制御装置190と、テーブル位置決め手段170と、ヘッド位置決め手段180とを有している。
The droplet discharge device (inkjet device) 100 is a device for discharging a conductor pattern forming ink 1 onto a substrate S (ceramic molded body 15) to form a conductor pattern.
The
ベース130は、テーブル140、テーブル位置決め手段170、およびヘッド位置決め手段180等の液滴吐出装置100の各構成部材を支持する台である。
テーブル140は、テーブル位置決め手段170を介してベース130に設置されている。また、テーブル140は、基材S(本実施形態ではセラミックス成形体15)を載置するものである。
また、テーブル140の裏面には、ラバーヒータ(図示せず)が配設されている。テーブル140上に載置されたセラミックス成形体15は、その上面全体がラバーヒータにて所定の温度に加熱されるようになっている。
The
The table 140 is installed on the
A rubber heater (not shown) is disposed on the back surface of the table 140. The ceramic molded
セラミックス成形体15に着弾したインク(導体パターン形成用インク)1は、その表面側から水系分散媒の少なくとも一部が蒸発する。このとき、セラミックス成形体15は加熱されているので、水系分散媒の蒸発が促進される。そして、セラミックス成形体15に着弾したインク1は、乾燥とともにその表面の外縁から増粘し、つまり、中央部に比べて外周部における固形分(粒子)濃度が速く飽和濃度に達することから表面の外縁から増粘していく。外縁の増粘したインク1は、セラミックス成形体15の面方向に沿う自身の濡れ広がりを停止するため、着弾径しいては線幅の制御が容易になる。
At least part of the aqueous dispersion medium evaporates from the surface side of the ink (conductor pattern forming ink) 1 landed on the ceramic molded
セラミックス成形体15の加熱温度としては、例えば、40℃以上100℃以下で行うのが好ましく、50℃以上70℃以下で行うのがより好ましい。このような条件とすることにより、水系分散媒が蒸発した際に、クラックが発生するのをより効果的に防止することができる。
テーブル位置決め手段170は、第1移動手段171と、モータ172とを有している。テーブル位置決め手段170は、ベース130におけるテーブル140の位置を決定し、これにより、ベース130におけるセラミックスグリーンシート15の位置を決定する。
The heating temperature of the ceramic molded
The
第1移動手段171は、Y方向と略平行に設けられた2本のレールと、当該レール上を移動する支持台とを有している。第1移動手段171の支持台は、モータ172を介してテーブル140を支持している。そして、支持台がレール上を移動することにより、基材Sを載置するテーブル140は、Y方向に移動および位置決めされる。
モータ172は、テーブル140を支持しており、θz方向にテーブル140を揺動および位置決めする。
The first moving means 171 has two rails provided substantially parallel to the Y direction and a support base that moves on the rails. The support base of the first moving means 171 supports the table 140 via the
The
ヘッド位置決め手段180は、第2移動手段181と、リニアモータ182と、モータ183、184、185とを有している。ヘッド位置決め手段180は、ヘッド110の位置を決定する。
第2移動手段181は、ベース130から立設する2本の支持柱と、当該支持柱同士の間に当該支持柱に支持されて設けられ、2本のレールを有するレール台と、レールに沿って移動可能でヘッド110を支持する支持部材(図示せず)とを有している。そして、支持部材がレールに沿って移動することにより、ヘッド110は、X方向に移動および位置決めされる。
The
The second moving means 181 is provided with two support pillars standing from the
リニアモータ182は、支持部材付近に設けられており、ヘッド110のZ方向の移動および位置決めをすることができる。
モータ183、184、185は、ヘッド110を、それぞれα,β,γ方向に揺動および位置決めする。
以上のようなテーブル位置決め手段170およびヘッド位置決め手段180とにより、インクジェット装置100は、ヘッド110のインク吐出面115Pと、テーブル140上の基材Sとの相対的な位置および姿勢を、正確にコントロールできるようになっている。
The
By the
図5に示すように、ヘッド110は、インクジェット方式(液滴吐出方式)によってインク1をノズル(突出部)118から吐出するものである。本実施形態では、ヘッド110は、圧電体素子としてのピエゾ素子113を用いてインクを吐出させるピエゾ方式を用いている。ピエゾ方式は、インク1に熱を加えないため、材料の組成に影響を与えないなどの利点を有する。
As shown in FIG. 5, the
ヘッド110は、ヘッド本体111と、振動板112と、ピエゾ素子113とを有している。
ヘッド本体111は、本体114と、その下端面にノズルプレート115とを有している。そして、本体114を板状のノズルプレート115と振動板112とが挟み込むことにより、空間としてのリザーバ116およびリザーバ116から分岐した複数のインク室117が形成されている。
The
The head
リザーバ116には、図示せぬインクタンクよりインク1が供給される。リザーバ116は、各インク室117にインク1を供給するための流路を形成している。
また、ノズルプレート115は、本体114の下端面に装着されており、インク吐出面115Pを構成している。このノズルプレート115には、インク1を吐出する複数のノズル118が、各インク室117に対応して開口されている。そして、各インク室117から対応するノズル118に向かって、インク流路が形成されている。
Ink 1 is supplied to the
The
振動板112は、ヘッド本体111の上端面に装着されており、各インク室117の壁面を構成している。振動板112は、ピエゾ素子113の振動に応じて振動可能となっている。
ピエゾ素子113は、その振動板112のヘッド本体111と反対側に、各インク室117に対応して設けられている。ピエゾ素子113は、水晶等の圧電材料を一対の電極(不図示)で挟持したものである。その一対の電極は、駆動回路191に接続されている。
The
The
そして、駆動回路191からピエゾ素子113に電気信号を入力すると、ピエゾ素子113が膨張変形または収縮変形する。ピエゾ素子113が収縮変形すると、インク室117の圧力が低下して、リザーバ116からインク室117にインク1が流入する。また、ピエゾ素子113が膨張変形すると、インク室117の圧力が増加して、ノズル118からインク1が吐出される。なお、印加電圧を変化させることにより、ピエゾ素子113の変形量を制御することができる。また、印加電圧の周波数を変化させることにより、ピエゾ素子113の変形速度を制御することができる。すなわち、ピエゾ素子113への印加電圧を制御することにより、インク1の吐出条件を制御し得るようになっている。
When an electric signal is input from the
制御装置190は、インクジェット装置100の各部位を制御する。例えば、駆動回路191で生成する印加電圧の波形を調節してインク1の吐出条件を制御したり、ヘッド位置決め手段180およびテーブル位置決め手段170を制御することにより基板Sへのインク1の吐出位置を制御する。
以上のようなインクジェット装置100を用いることにより、インク1を、セラミックス成形体15(基材S)上の所望する場所に所望の量、精度良く吐出し、配することができる。
The
By using the
以上、本発明について、好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
例えば、前述した実施形態では、金属粒子を溶媒に分散してなる分散液として、コロイド液を用いる場合について説明したが、コロイド液でなくてもよい。
また、前述した実施形態では、導体パターン形成用インクは、銀粒子が分散したものとして説明したが、銀以外のものであってもよい。金属粒子に含まれる金属としては、例えば、銀、銅、パラジウム、白金、金、または、これらの合金等が挙げられ、これらのうち1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。金属粒子が合金である場合、前記金属が主とするもので、多の金属を含む合金であってもよい。また、上記金属同士が任意の割合で混ざった合金であってもよい。また、混合粒子(例えば、銀粒子と銅粒子とパラジウム粒子とが任意の比率で存在するもの)が液中に分散したものであってもよい。これら金属は、抵抗率が小さく、かつ、加熱処理によって酸化されない安定なものであるから、これらの金属を用いることにより、低抵抗で安定な導体パターンを形成することが可能になる。
As mentioned above, although this invention was demonstrated based on suitable embodiment, this invention is not limited to these.
For example, in the above-described embodiment, the case where the colloid liquid is used as the dispersion liquid in which the metal particles are dispersed in the solvent has been described, but the colloid liquid may not be used.
In the above-described embodiment, the conductor pattern forming ink is described as having silver particles dispersed therein, but may be other than silver. Examples of the metal contained in the metal particles include silver, copper, palladium, platinum, gold, and alloys thereof. One or more of these can be used in combination. When the metal particles are an alloy, the metal is mainly used, and an alloy containing many metals may be used. Moreover, the alloy which the said metals mixed with arbitrary ratios may be sufficient. Further, mixed particles (for example, particles in which silver particles, copper particles, and palladium particles are present in an arbitrary ratio) may be dispersed in a liquid. Since these metals have a low resistivity and are stable and are not oxidized by heat treatment, it is possible to form a stable conductor pattern with a low resistance by using these metals.
例えば、前述した実施形態では、セラミックス成形体に導体パターン形成用インクを付与し、焼結することにより、セラミックス基板と導体パターンを形成するものとして説明したが、セラミックス成形体以外にインクを付与して導体パターンを形成するものであってもよい。導体パターンの形成に用いられる基板としては、基板としては特に限定されず、例えば、セラミックス焼結体、アルミナ焼結体、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、ガラスエポキシ樹脂、ガラス等からなる基板等が挙げられる。また、セラミックス基板に直接導体パターン形成用インクを付与するものであってもよい。 For example, in the above-described embodiment, it has been described that the conductive pattern forming ink is applied to the ceramic molded body and sintered to form the ceramic substrate and the conductive pattern. However, the ink is applied to other than the ceramic molded body. The conductor pattern may be formed. As a board | substrate used for formation of a conductor pattern, it does not specifically limit as a board | substrate, For example, the board | substrate etc. which consist of a ceramic sintered compact, an alumina sintered compact, a polyimide resin, a phenol resin, a glass epoxy resin, glass etc. are mentioned. . Further, the conductive pattern forming ink may be directly applied to the ceramic substrate.
以下に実施例を掲げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。
[1]導体パターン形成用インクの調製
各実施例および比較例における導体パターン形成用インクは、以下のようにして製造した。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.
[1] Preparation of Conductive Pattern Forming Ink The conductive pattern forming inks in each Example and Comparative Example were manufactured as follows.
(実施例1)
10N−NaOH水溶液を3mL添加してアルカリ性にした水50mLに、クエン酸3ナトリウム2水和物17g、タンニン酸0.36gを溶解した。得られた溶液に対して3.87mol/L硝酸銀水溶液3mLを添加し、2時間攪拌を行い銀コロイド液を得た。得られた銀コロイド液に対し、導電率が30μS/cm以下になるまで透析することで脱塩を行った。透析後、3000rpm、10分の条件で遠心分離を行うことで、粗大金属コロイド粒子を除去した。
Example 1
17 mL of trisodium citrate dihydrate and 0.36 g of tannic acid were dissolved in 50 mL of water made alkaline by adding 3 mL of 10N-NaOH aqueous solution. To the obtained solution, 3 mL of 3.87 mol / L silver nitrate aqueous solution was added and stirred for 2 hours to obtain a silver colloid solution. The obtained silver colloid solution was desalted by dialysis until the electrical conductivity was 30 μS / cm or less. After dialysis, the coarse metal colloid particles were removed by centrifugation at 3000 rpm for 10 minutes.
この銀コロイド液に、ポリエチレングリコールモノラウレート(花王社製、商品名「エマノーン1112」)、表1に示す糖アルコールと、ポリグリセリンと、アセチレングリコール系化合物としてのサーフィノール104PG−50(日信化学工業社製)およびオルフィンEXP4036(日信化学工業社製)とを添加し、さらに濃度調整用のイオン交換水を添加して調整し、導体パターン形成用インクとした。 To this silver colloid solution, polyethylene glycol monolaurate (trade name “Emanon 1112” manufactured by Kao Corporation), sugar alcohol shown in Table 1, polyglycerin, and Surfynol 104PG-50 (Nissin) Chemical Industry Co., Ltd.) and Olphine EXP4036 (Nisshin Chemical Industry Co., Ltd.) were added, and ion-exchanged water for adjusting the concentration was further added to prepare a conductive pattern forming ink.
(実施例2〜10)
導体パターン形成用インクの調製に用いる材料の種類・使用量を表1に示すようにした以外は、前記実施例1と同様にして導体パターン形成用インクを調製した。
(比較例)
ポリエチレングリコール脂肪酸エステルを添加しなかった以外は、前記実施例1と同様にして導体パターン形成用インクを製造した。
(Examples 2 to 10)
A conductor pattern forming ink was prepared in the same manner as in Example 1 except that the types and amounts of materials used for preparing the conductor pattern forming ink were as shown in Table 1.
(Comparative example)
A conductor pattern forming ink was produced in the same manner as in Example 1 except that the polyethylene glycol fatty acid ester was not added.
表1に各実施例および比較例の導体パターン形成用インクの組成を示す。なお、表中、エマノーン1112を1112、ポリエチレングリコールモノステアレート(花王社製、商品名「エマノーン3199V」)を3199、ポリエチレングリコールモノオレート花王社製、商品名「エマノーン4110」)を4110、ポリエチレングリコールジステアレート花王社製、商品名「エマノーン3299V」)を3299、キシリトールをXY、ソルビトールをSB、マルトデキストリン(Mw:2000)をMD、還元マルトデキストリン(Mw:2500)をLMDと示した。 Table 1 shows the compositions of the conductive pattern forming inks of the examples and comparative examples. In the table, 1111 is Emanon 1112, 3199 is polyethylene glycol monostearate (trade name “Emanon 3199V”, manufactured by Kao Corporation), 4110 is polyethylene glycol monooleate Kao, trade name “Emanon 4110”), polyethylene glycol Distearate Kao, trade name “Emanon 3299V”) is indicated as 3299, xylitol as XY, sorbitol as SB, maltodextrin (Mw: 2000) as MD, and reduced maltodextrin (Mw: 2500) as LMD.
[2]セラミックスグリーンシートの作製
まず、以下のようにしてセラミックスグリーンシート(セラミックス成形体)を用意した。
平均粒径が1〜2μm程度のアルミナ(Al2O3)と酸化チタン(TiO2)等からなるセラミックス粉末と、平均粒径が1〜2μm程度のホウ珪酸ガラス等からなるガラス粉末とを1:1の重量比で混合し、バインダー(結合剤)としてポリビニルブチラール、可塑剤としてジブチルフタレートを加え、混合・撹拌することにより得たスラリーを、ドクターブレードでPETフィルム上にシート状に形成したものをセラミックスグリーンシートとし、1辺の長さを200mmとする正方形状に裁断したものを使用した。
[2] Production of Ceramic Green Sheet First, a ceramic green sheet (ceramic molded body) was prepared as follows.
1 ceramic powder composed of alumina (Al 2 O 3 ) and titanium oxide (TiO 2 ) having an average particle diameter of about 1 to 2 μm, and glass powder composed of borosilicate glass and the like having an average particle diameter of about 1 to 2 μm. : A mixture obtained by mixing at a weight ratio of 1 and adding polyvinyl butyral as a binder (binder) and dibutyl phthalate as a plasticizer, mixing and stirring, and forming a slurry on a PET film with a doctor blade Was used as a ceramic green sheet and cut into a square shape with a side length of 200 mm.
[3]付着性評価
ヘッドからノズルプレートのみを取り外し、精密天秤にて初期重量を測定した。次に、各実施例および比較例で得られた導体パターン形成用インクをシャーレ内に注ぎ、初期重量を測定したノズルプレートを浸漬し、25℃、湿度:50%の雰囲気下に7日間放置した。
その後、放置後の導体パターン形成用インク内よりノズルプレートを取り出し、水洗、乾燥した後、精密天秤を用いてノズルプレートの重量を測定し、下記の4段階の基準に従い、付着性を評価した。
[3] Adhesion evaluation Only the nozzle plate was removed from the head, and the initial weight was measured with a precision balance. Next, the ink for forming a conductor pattern obtained in each example and comparative example was poured into a petri dish, the nozzle plate whose initial weight was measured was immersed, and left for 7 days in an atmosphere of 25 ° C. and humidity: 50%. .
Thereafter, the nozzle plate was taken out of the ink for forming the conductor pattern after being left, washed and dried, and then the weight of the nozzle plate was measured using a precision balance, and the adhesion was evaluated according to the following four criteria.
A:初期重量からの7日後の重量の変化の割合が、絶対値で0.05%以下。
B:初期重量からの7日後の重量の変化の割合が、絶対値で0.05%よりも大きく0.2%以下。
C:初期重量からの7日後の重量の変化の割合が、絶対値で0.2%よりも大きく0.5%以下。
D:初期重量からの7日後の重量の変化の割合が、絶対値で0.5%よりも大きい。
A: The rate of change in weight after 7 days from the initial weight is 0.05% or less in absolute value.
B: The rate of change in weight after 7 days from the initial weight is more than 0.05% and 0.2% or less in absolute value.
C: The rate of change in weight after 7 days from the initial weight is greater than 0.2% and 0.5% or less in absolute value.
D: The rate of change in weight after 7 days from the initial weight is greater than 0.5% in absolute value.
[4]液滴吐出安定性評価
各実施例および比較例で得られた導体パターン形成用インクを製造直後にそれぞれ図4、5に示すようなインクジェット装置に投入した。まず、上記導体パターン形成用インクを搭載した上記インクジェット装置を用いて描画を行い、インクが安定して吐出されることを確認した。次に、インクジェット装置を、インクジェットヘッドを描画位置から外した待機状態で室温35℃、相対湿度50%、クラス100のクリーンルーム環境下に1週間放置した。次に、インクジェット装置の電源を入れて、上記のようにして得られたセラミックスグリーンシート30枚に対してベタパターンの描画を行った。インクの吐出が不安定になった場合は、インクジェット装置に搭載されている所定のクリーニング機能を用い、吐出の安定した状態に復帰させた。以上の操作を行い、下記評価基準により吐出安定性を評価した。
[4] Evaluation of droplet discharge stability The ink for forming a conductor pattern obtained in each of the examples and comparative examples was put into an ink jet apparatus as shown in FIGS. First, drawing was performed using the above-described inkjet device equipped with the above-described conductor pattern forming ink, and it was confirmed that the ink was stably ejected. Next, the ink jet apparatus was left for one week in a clean room environment of a room temperature of 35 ° C., a relative humidity of 50%, and a
A:描画中にノズルの目詰まりが発生せず、インクが安定して吐出される。(吐出安定性良好。)
B:描画中に目詰まりが発生し、インクの吐出が安定するまでに2回以内のクリーニング動作を要する。(実用上問題なし。)
C:描画中に目詰まりが発生し、インクの吐出が安定するまでに3回以上のクリーニング動作を要する。(実用可能。)
D:描画中に目詰まりが発生し、クリーニング動作によっても回復しない。(実用不可。)
さらに、待機状態の期間を30日間として、上記と同様の操作を行い、上記と同様の評価を行った。
A: No nozzle clogging occurs during drawing, and ink is stably ejected. (Discharge stability is good.)
B: Clogging occurs during drawing, and cleaning operations within two times are required until ink ejection is stabilized. (There is no practical problem.)
C: Clogging occurs during drawing, and three or more cleaning operations are required until ink ejection is stabilized. (Practical possible.)
D: Clogging occurs during drawing and does not recover even by a cleaning operation. (Not practical.)
Further, the same operation as described above was performed with the period of the standby state being 30 days, and the same evaluation as above was performed.
[5]セラミックス回路基板の作製および評価
各実施例および比較例で得られた導体パターン形成用インクを、それぞれ図4、5に示すようなインクジェット装置に投入した。次に、インクジェット装置を、インクジェットヘッドを描画位置から外した待機状態で室温35℃、相対湿度50%、クラス100のクリーンルーム環境下に1週間放置した。
[5] Fabrication and Evaluation of Ceramic Circuit Board The conductor pattern forming inks obtained in the respective examples and comparative examples were put into an ink jet apparatus as shown in FIGS. Next, the ink jet apparatus was left for one week in a clean room environment of a room temperature of 35 ° C., a relative humidity of 50%, and a
次に、上記セラミックスグリーンシートを60℃に昇温保持した。各吐出ノズルからそれぞれ1滴当り15ngの液滴を順次吐出し、線幅が40μm、厚み15μm、長さが10.0cmのライン(前駆体)を20本描画した。各ライン間の距離は、5mmとした。そして、このラインが形成されたセラミックスグリーンシートを乾燥炉に入れ、60℃で30分間加熱して乾燥した。 Next, the ceramic green sheet was heated to 60 ° C. and held. Drops of 15 ng per droplet were sequentially discharged from each discharge nozzle, and 20 lines (precursors) having a line width of 40 μm, a thickness of 15 μm, and a length of 10.0 cm were drawn. The distance between each line was 5 mm. And the ceramic green sheet in which this line was formed was put into the drying furnace, and it heated and dried at 60 degreeC for 30 minutes.
上記のようにして、ラインが形成されたセラミックスグリーンシートを第1のセラミックスグリーンシートとした。この第1のセラミックスグリーンシートを各インクにつき、20枚ずつ作成した。また、各シートについて、クラックがあるか否かを確認した。この結果を表2に示した。なお、表2には、第1のセラミックスグリーンシートのうち、ラインにクラックの入っていない良品の数を示した。 The ceramic green sheet on which the line was formed as described above was used as the first ceramic green sheet. 20 sheets of this first ceramic green sheet were prepared for each ink. Each sheet was checked for cracks. The results are shown in Table 2. Table 2 shows the number of non-defective products having no cracks in the line among the first ceramic green sheets.
次に、別のセラミックスグリーンシートに上記の金属配線の両端位置に機械式パンチ等によって孔開けを行うことで計40箇所に直径100μmのスルーホールを形成し、得られた各実施例および比較例の導体パターン形成用インクを充填することでコンタクト(ビア)を形成した。さらに、このコンタクト(ビア)上に2mm角のパターンを、得られた各実施例および比較例の導体パターン形成用インクを用いて上記液滴吐出装置を用いて端子部を形成した。
この端子部が形成されたセラミックスグリーンシートを第2のセラミックスグリーンシートとした。
Next, through holes having a diameter of 100 μm were formed in a total of 40 locations by punching another ceramic green sheet with mechanical punches or the like at both ends of the metal wiring, and each of the obtained Examples and Comparative Examples A contact (via) was formed by filling the conductive pattern forming ink. Further, a 2 mm square pattern was formed on the contact (via), and the terminal portion was formed using the above-described droplet discharge device using the conductive pattern forming inks of the respective Examples and Comparative Examples.
The ceramic green sheet on which this terminal portion was formed was used as the second ceramic green sheet.
次に、第2のセラミックスグリーンシートの下に第1のセラミックスグリーンシートを積層し、さらに無加工のセラミックスグリーンシートを補強層として2枚積層し、次に、95℃の温度において、250kg/cm2の圧力で30分間プレスして、生の積層体を得た。このような生の積層体を、各実施例および比較例について、それぞれ、20個ずつ作製した。 Next, the first ceramic green sheet is laminated under the second ceramic green sheet, and two non-processed ceramic green sheets are laminated as a reinforcing layer, and then at a temperature of 95 ° C., 250 kg / cm. The raw laminate was obtained by pressing at a pressure of 2 for 30 minutes. Twenty such raw laminates were produced for each of the examples and comparative examples.
次に、大気中において、昇温速度66℃/時間で約6時間、昇温速度10℃/時間で約5時間、昇温速度85℃/時間で約4時間といった連続的に昇温する昇温過程を経て、最高温度890℃で30分間保持するといった焼結プロファイルに従って焼結し、セラミックス回路基板を得た。
冷却後、各セラミックス回路基板について、20本の導体パターン上に形成された端子部間にテスタをあて、それぞれ導通の有無を確認し、導通率が100%であったものを良品とした。なお、導通率は、各セラミックス回路基板中にある導通のあった導体パターンの数を、形成した導体パターンの数(20本)で除したものとした。
これらの結果を表2に示す。
Next, in the atmosphere, the temperature is increased continuously at a temperature rising rate of 66 ° C./hour for about 6 hours, a temperature rising rate of 10 ° C./hour for about 5 hours, and a temperature rising rate of 85 ° C./hour for about 4 hours. The ceramic circuit board was obtained through a temperature process and sintering according to a sintering profile of holding at a maximum temperature of 890 ° C. for 30 minutes.
After cooling, for each ceramic circuit board, a tester was applied between the terminal portions formed on the 20 conductor patterns to confirm the presence or absence of conduction, and those with a conductivity of 100% were regarded as non-defective products. The conductivity was obtained by dividing the number of conductive patterns in each ceramic circuit board by the number of formed conductive patterns (20).
These results are shown in Table 2.
表2に示すように、本発明の導体パターン形成用インクでは、吐出安定性に優れるものであった。また、本発明の導体パターン形成用インクを用いて形成された導体パターンおよび配線基板は、優れた導通率を示し、信頼性の高いものであった。これに対して、比較例では、満足な結果が得られなかった。
また、インク中における銀コロイド粒子の含有量を20wt%、30wt%に変更したところ、上記と同様の結果が得られた。
As shown in Table 2, the conductive pattern forming ink of the present invention was excellent in ejection stability. In addition, the conductor pattern and the wiring board formed using the conductor pattern forming ink of the present invention showed excellent electrical conductivity and high reliability. On the other hand, in the comparative example, a satisfactory result was not obtained.
Further, when the content of the silver colloid particles in the ink was changed to 20 wt% and 30 wt%, the same result as above was obtained.
1…導体パターン形成用インク(インク) 10…導体パターン前駆体(前駆体) 15…セラミックス成形体(セラミックスグリーンシート) 16…コンタクト前駆体 17…積層体 20、20A…導体パターン(回路) 30…セラミックス回路基板(配線基板) 31…セラミックス基板 32…積層基板 33…コンタクト 100…インクジェット装置(液滴吐出装置) 110…インクジェットヘッド(液滴吐出ヘッド、ヘッド) 111…ヘッド本体 112…振動板 113…ピエゾ素子 114…本体 115…ノズルプレート 115P…インク吐出面 116…リザーバ 117…インク室 118…ノズル(突出部) 130…ベース 140…テーブル 170…テーブル位置決め手段 171…第1移動手段 172…モータ 180…ヘッド位置決め手段 181…第2移動手段 182…リニアモータ 183、184、185…モータ 190…制御装置 191…駆動回路 S…基材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Conductor pattern formation ink (ink) 10 ... Conductor pattern precursor (precursor) 15 ... Ceramic molding (ceramics green sheet) 16 ...
Claims (7)
金属粒子と、前記金属粒子が分散する水系分散媒と、ポリエチレングリコールの脂肪酸エステルと、を含み、
前記ポリエチレングリコールの脂肪酸エステルを構成する脂肪酸の炭素数が、10以上20以下であることを特徴とする導体パターン形成用インク。 Conductor pattern forming ink for forming a conductor pattern on a substrate by a droplet discharge method,
Metal particles, an aqueous dispersion medium in which the metal particles are dispersed, and a fatty acid ester of polyethylene glycol,
The conductive pattern forming ink, wherein the fatty acid constituting the fatty acid ester of polyethylene glycol has 10 to 20 carbon atoms.
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- 2010-12-27 JP JP2010291294A patent/JP2012138526A/en active Pending
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