JP2013197045A - 導電性ペーストおよび導電膜付き基材 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】(A)平均粒子径が10nm〜20μmの銅粒子と、(B)リン酸基を有する有機重合体のアミン塩と、(C)ホルムアルデヒドを一成分とする熱硬化性樹脂からなるバインダ樹脂と、を含有し、前記(A)成分の銅粒子100質量部に対し前記(C)成分のバインダ樹脂を5〜40質量部含有し、前記(C)成分のバインダ樹脂100質量部に対し前記(B)成分の有機重合体の塩を0.1〜100質量部含有することを特徴とする導電性ペースト。
【選択図】なし
Description
本発明の導電性ペーストは、(A)平均粒子径が10nm〜20μmの銅粒子と、(B)リン酸基を有する有機重合体のアミン塩と、(C)ホルムアルデヒドを一成分とする熱硬化性樹脂からなるバインダ樹脂と、を含有し、前記(A)成分の銅粒子100質量部に対し前記(C)成分のバインダ樹脂を5〜40質量部含有し、前記(C)成分のバインダ樹脂100質量部に対し前記(B)成分の有機重合体の塩を0.1〜100質量部含有することを特徴とする。以下、導電性ペーストを構成する各成分について、詳細に説明する。
(A)成分の銅粒子は、導電性ペーストの導電成分である。
(A1)平均一次粒子径が0.3〜20μmの銅粒子。
(A2)平均一次粒子径0.3〜20μmの銅粒子の表面に、平均凝集粒子径20〜400nmの水素化銅微粒子が付着した銅複合粒子。
(A3)平均凝集粒子径が10nm〜1μmの水素化銅微粒子。
(A4)平均一次粒子径が1〜20μmの銅粒子の表面に、平均凝集粒子径が20〜400nmの銅微粒子が付着した銅複合粒子。
(A5)平均凝集粒子径が10nm〜1μmの銅微粒子。
導電性粒子として、銀粒子を用いた導電性ペーストでは、低温かつ短時間での硬化が可能であるという理由から、ポリエステル樹脂、フェノキシ樹脂等の熱可塑性樹脂がバインダ樹脂として用いられている。
1.(B)成分中、リン酸基、および、アミン塩を構成する部分は、ITO膜に対して相互作用を発現する。
2.(B)成分中、有機重合体の部分は、(C)成分のバインダ樹脂に対して相溶性を発現する。この結果、導電性ペースト中で、(B)成分の有機重合体の部分が(C)成分のバインダ樹脂と相溶するとともに、(B)成分のリン酸基、および、アミン塩を構成する部分がITO膜と相互作用を発現するため、該導電性ペーストを用いて形成される導電膜がITO膜に対して良好な密着性を発現する。
また、界面活性機能を有する(B)成分の配合により、ITO膜表面と導電性ペーストとの間の界面エネルギーを減少させて、導電性ペーストのITO膜表面への濡れ性を向上させる機能も有することにより該導電性ペーストを用いて形成される導電膜がITO膜に対して良好な密着性を発現する。
有機重合体の部分については、炭素数が10以上の有機重合体であることが好ましく、炭素数が100以上の有機重合体であることがさらに好ましい。直鎖状の主鎖を有するものであっても、分岐構造を有するものであってもよい。また、有機重合体の部分が共重合体の場合、ブロック共重合体であっても、交互共重合体であっても、グラフト共重合体であっても、ランダム共重合体であってもよい。また、有機重合体の部分は、ポリエステル、及び、または、ポリオキシエチレンの重合物であることが好ましい。
上述したように、導電性粒子として銅粒子を用いた導電性ペーストでは、バインダ樹脂として熱硬化性樹脂が用いられる。本発明の導電性ペーストでは、(C)成分のバインダ樹脂として、ホルムアルデヒドを一成分とする熱硬化性樹脂からなるものを用いる。その理由はホルムアルデヒドから生成するメチロール基の還元作用により銅粒子表面の酸化を抑制でき、さらに適度に硬化収縮が進行して銅粒子同士の接触が確保されるためである。
ホルムアルデヒドを一成分とする熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、メラミン樹脂、キシレン樹脂、尿素樹脂が例示される。中でもフェノール樹脂がメチロール基の還元作用と硬化収縮の程度から好ましい。硬化収縮が大きすぎると導電膜内に不要な応力が蓄積し、機械的破壊の原因になる。硬化収縮が少なすぎると銅粒子同士の接触が十分に確保できない。
したがって、アミノ基含有高分子化合物のカルボン酸としては、ポリエチレンイミンのギ酸塩、ポリアリルアミンのギ酸塩が好ましく、特に、ポリエチレンイミンのギ酸塩が好ましい。
本発明の導電性ペーストは、上記(A)〜(D)の各成分に加えて、必要に応じて、溶剤や各種の添加剤(レベリング剤、カップリング剤、粘度調整剤、酸化防止剤等。)を、本発明の効果を損なわない範囲で含んでいてもよい。特に、適度な流動性を有するペーストを得るために、熱硬化性樹脂を溶解し得る溶剤を含有させることが好ましい。
本発明の導電膜付き基材は、ITO膜を有する基材と、この基材のITO膜上に前記した本発明の導電性ペーストを塗布し硬化させて形成した導電膜とを有する。
銅粒子の平均粒子径は、SEM(日本電子社製、S−4300)により得られたSEM像の中から無作為に選ばれた100個の粒子のFeret径を測定し、その平均(数平均)をとることによって求めた。
導電膜の厚さは、DEKTAK3(Veeco metrology Group社製)を用いて測定した。
導電膜の体積抵抗率は、四探針式体積抵抗率計(三菱油化社製、型式:lorestaIP MCP−T250)を用いて測定した。
ガラス製ビーカー内に、ギ酸3.0gと50質量%の次亜リン酸水溶液9.0gを入れた後、このビーカーをウォーターバスに入れ40℃に保持した。このビーカー内に銅粒子(三井金属鉱業社製、商品名:1400YP、平均一次粒子径:7μm)5.0gを徐々に添加し、30分間撹拌して銅分散液を得た。
実施例1と同様にして得られた表面改質銅粒子(A−1)の12gを、(C)成分としてのフェノール樹脂7.4gをエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート4.3gに溶解した樹脂溶液に加え、さらにこの混合物とともに、(B)成分としてのリン酸基を有する有機重合体のアミン塩(ビックケミー社製:Disperbyk142(酸価:46mgKOH/g、アミン価:43mgKOH/g))0.01g(有効成分として0.006g)を乳鉢に入れ、室温下で混ぜ合わせて銅ペーストを得た。なお、(B)成分(リン酸基を有する有機重合体のアミン塩)の配合量は、(C)成分(フェノール樹脂)に対して0.12質量%であった。
実施例1と同様にして得られた表面改質銅粒子(A−1)の12gを、(C)成分としてのフェノール樹脂7.4gをエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート4.3gに溶解した樹脂溶液に加え、さらにこの混合物とともに、(B)成分としてのリン酸基を有する有機重合体のアミン塩(ビックケミー社製:Disperbyk180)0.05gを乳鉢に入れ、室温下で混ぜ合わせて銅ペーストを得た。なお、(B)成分(リン酸基を有する有機重合体のアミン塩)の配合量は、(C)成分(フェノール樹脂)に対して1.0質量%であった。
実施例1と同様にして得られた表面改質銅粒子(A−1)の12gを、(C)成分としてのフェノール樹脂7.4gをエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート4.3gに溶解した樹脂溶液に加え、さらにこの混合物とともに、(B)成分としてのリン酸基を有する有機重合体のアミン塩(ビックケミー社製:Disperbyk142(酸価:46mgKOH/g、アミン価:43mgKOH/g))0.08g(有効成分として0.05g)を乳鉢に入れ、室温下で混ぜ合わせて銅ペーストを得た。なお、(B)成分(リン酸基を有する有機重合体のアミン塩)の配合量は、(C)成分(フェノール樹脂)に対して1.0質量%であった。
実施例1と同様にして得られた表面改質銅粒子(A−1)の12gを、(C)成分としてのフェノール樹脂7.4gをエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート4.3gに溶解した樹脂溶液に加え、さらにこの混合物とともに、(B)成分としてのリン酸基を有する有機重合体のアミン塩(ビックケミー社製:Disperbyk180)0.125gを乳鉢に入れ、室温下で混ぜ合わせて銅ペーストを得た。なお、(B)成分(リン酸基を有する有機重合体のアミン塩)の配合量は、(C)成分(フェノール樹脂)に対して2.5質量%であった。
実施例1と同様にして得られた表面改質銅粒子(A−1)の12gを、(C)成分としてのフェノール樹脂7.4gをエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート4.3gに溶解した樹脂溶液に加え、さらにこの混合物とともに、(B)成分としてのリン酸基を有する有機重合体のアミン塩(ビックケミー社製:Disperbyk142)0.21g(有効成分として0.125g)を乳鉢に入れ、室温下で混ぜ合わせて銅ペーストを得た。なお、(B)成分(リン酸基を有する有機重合体のアミン塩)の配合量は、(C)成分(フェノール樹脂)に対して2.5質量%であった。
実施例1と同様にして得られた表面改質銅粒子(A−1)の12gを、(C)成分としてのフェノール樹脂7.4gをエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート4.3gに溶解した樹脂溶液に加え、さらにこの混合物とともに、(B)成分としてのリン酸基を有する有機重合体のアミン塩(ビックケミー社製:Disperbyk180)0.25gを乳鉢に入れ、室温下で混ぜ合わせて銅ペーストを得た。なお、(B)成分(リン酸基を有する有機重合体のアミン塩)の配合量は、(C)成分(フェノール樹脂)に対して5.0質量%であった。
実施例1と同様にして得られた表面改質銅粒子(A−1)の12gを、(C)成分としてのフェノール樹脂7.4gをエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート4.3gに溶解した樹脂溶液に加え、さらにこの混合物とともに、(B)成分としてのリン酸基を有する有機重合体のアミン塩(ビックケミー社製:Disperbyk142)0.42g(有効成分として0.25g)を乳鉢に入れ、室温下で混ぜ合わせて銅ペーストを得た。なお、(B)成分(リン酸基を有する有機重合体のアミン塩)の配合量は、(C)成分(フェノール樹脂)に対して5.0質量%であった。
水温を50℃に設定したウォーターバス内にガラス製ビーカーを設置し、ビーカー内にポリエチレンイミン(純正化学社製、商品名:ポリエチレンイミン1200、Mw:1200、アミン価:1120mmol/g)50gを入れ、撹拌を激しく行いながらギ酸45gをゆっくりと滴下した。薄黄色をした前記ポリエチレンイミンは煙を出しながら激しく反応し、茶褐色の液体に変化した。滴下終了後、30分間そのまま撹拌した後、ガラス容器に生成物であるポリエチレンイミンのギ酸塩を回収した。
実施例1と同様にして得られた表面改質銅粒子(A−1)の12gを、(C)成分としてのフェノール樹脂7.4gをエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート4.3gに溶解した樹脂溶液に加えた。そして、この混合物を乳鉢に入れ、室温下で混ぜ合わせて銅ペーストを得た。
実施例1と同様にして得られた表面改質銅粒子(A−1)の12gを、(C)成分としてのフェノール樹脂7.4gをエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート4.3gに溶解した樹脂溶液に加え、さらにこの混合物とともに、(B)成分の代わりにリン酸基を持たない有機重合体のアミン塩(ビックケミー社製:Disperbyk140(酸価:73mgKOH/g、アミン価:76mgKOH/g))0.25g(有効成分として0.125g)を乳鉢に入れ、室温下で混ぜ合わせて銅ペーストを得た。なお、リン酸基を持たない有機重合体のアミン塩の配合量は、(C)成分(フェノール樹脂)に対して1.0質量%であった。
実施例1と同様にして得られた表面改質銅粒子(A−1)の12gを、(C)成分としてのフェノール樹脂7.4gをエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート4.3gに溶解した樹脂溶液に加え、さらにこの混合物とともに、(B)成分の代わりにp−トルエンスルホン酸のアミン塩(KING INDUSTRY社製、商品名:NACURE2500)0.12gを乳鉢に入れ、室温下で混ぜ合わせて銅ペーストを得た。なお、p−トルエンスルホン酸のアミン塩の配合量は、(C)成分(フェノール樹脂)に対して2.5質量%であった。
実施例1と同様にして得られた表面改質銅粒子(A−1)の12gを、(C)成分としてのフェノール樹脂7.4gをエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート4.3gに溶解した樹脂溶液に加え、さらにこの混合物とともに、(B)成分の代わりに有機重合体でないリン酸基を有する化合物のアミン塩(第一工業製薬社製、商品名:プライサーフDOM(オクチルリン酸エステルのエタノールアミン塩))0.12gを乳鉢に入れ、室温下で混ぜ合わせて銅ペーストを得た。なお、有機重合体でないリン酸基を有する化合物のアミン塩の配合量は、(C)成分(フェノール樹脂)に対して2.5質量%であった。
実施例1と同様にして得られた表面改質銅粒子(A−1)の12gを、(C)成分としてのフェノール樹脂7.4gをエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート4.3gに溶解した樹脂溶液に加え、さらにこの混合物とともに、(B)成分としてのリン酸基を有する有機重合体のアミン塩(ビックケミー社製:Disperbyk180)0.00125gを乳鉢に入れ、室温下で混ぜ合わせて銅ペーストを得た。なお、(B)成分(リン酸基を有する有機重合体のアミン塩)の配合量は、(C)成分(フェノール樹脂)に対して0.024質量%であった。
実施例1と同様にして得られた表面改質銅粒子(A−1)の12gを、(C)成分としてフェノール樹脂7.4gをエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート4.3gに溶解した樹脂溶液に加え、さらにこの混合物とともに、(B)成分としてのリン酸基を有する有機重合体のアミン塩(ビックケミー社製:Disperbyk142)0.0021g(有効成分として0.00125g)を乳鉢に入れ、室温下で混ぜ合わせて銅ペーストを得た。なお、(B)成分(リン酸基を有する有機重合体のアミン塩)の配合量は、(C)成分(フェノール樹脂)に対して0.024質量%であった。
Claims (10)
- (A)平均粒子径が10nm〜20μmの銅粒子と、
(B)リン酸基を有する有機重合体のアミン塩と、
(C)ホルムアルデヒドを一成分とする熱硬化性樹脂からなるバインダ樹脂と、を含有し、
前記(A)成分の銅粒子100質量部に対し前記(C)成分のバインダ樹脂を5〜40質量部含有し、前記(C)成分のバインダ樹脂100質量部に対し前記(B)成分の有機重合体のアミン塩を0.1〜100質量部含有することを特徴とする導電性ペースト。 - 前記(B)成分の有機重合体のアミン塩が、酸価が10〜200KOH/gであり、かつ、アミン価が10〜200KOH/gである、請求項1に記載の導電性ペースト。
- 前記(B)成分の有機重合体のアミン塩が、リン酸基を有する有機重合体のアンモニウム塩、アルキルアミン塩、または、アルキロールアミン塩である、請求項1または2に記載の導電性ペースト。
- 前記(C)成分のバインダ樹脂が、フェノール樹脂、メラミン樹脂、キシレン樹脂、および、尿素樹脂からなる群から選択される1種以上である、請求項1〜3のいずれかに記載の導電性ペースト。
- さらに、(D)分子中に少なくとも1個の1級アミノ基を有する高分子化合物のカルボン酸塩を含有する、請求項1〜4のいずれかに記載の導電性ペースト。
- 前記(D)成分が、ポリエチレンイミンのギ酸塩、または、ポリアリルアミンのギ酸塩である、請求項5に記載の導電性ペースト。
- 前記(A)成分の銅粒子100質量部に対し前記(D)成分の高分子化合物のカルボン酸塩を5〜40質量部含有する、請求項5または6に記載の導電性ペースト。
- 前記(A)成分の銅粒子の個数基準の粒子径分布において、小粒子径側からの積算値が10%のときの粒子径をD10、50%のときの粒子径をD50、90%のときの粒子径をD90とするとき、D90/D50の値が4.0以下、かつ、D90/D10の値が3.0以上である、請求項1〜7のいずれかに記載の導電性ペースト。
- 前記(A)成分の銅粒子が、表面酸素量が0.5以下の銅粒子である、請求項1〜8のいずれかに記載の導電性ペースト。
- 錫ドープ酸化インジウム(ITO)膜を有する基材の前記ITO膜上に、請求項1〜9のいずれかに記載の導電性ペーストを塗布し硬化させてなる導電膜を有することを特徴とする導電膜付き基材。
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