JP2014186831A - Method of producing conductive film - Google Patents

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丈嘉 加納
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of producing a conductive film which enables easy production of a conductive film excellent in conduction characteristics by using a metallic coper particle.SOLUTION: A method of producing a conductive film includes a step of forming a precursor film containing a metallic copper particle, a thermoplastic resin and an alcohol of a boiling point of 100-230°C on a substrate and a step of reducing the pressure and carrying out a thermal sintering treatment of the precursor film, while keeping a reduced-pressure condition leading to an alcohol atmosphere of an alcohol concentration of 5 vol.% or higher, to form a conductive film containing metallic copper.

Description

本発明は、導電膜の製造方法に係り、特に減圧処理にて所定のアルコール濃度を維持したまま、熱焼結処理を実施する工程を有する導電膜の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a conductive film, and more particularly to a method for manufacturing a conductive film having a step of performing a thermal sintering process while maintaining a predetermined alcohol concentration in a reduced pressure process.

基材上に金属膜を形成する方法として、金属粒子や金属酸化物粒子の分散体を印刷法により基材に塗布し、加熱処理または光照射処理して焼結させることによって金属膜や回路基板における配線等の電気的導通部位を形成する技術が知られている。
上記方法は、従来の高熱・真空プロセス(スパッタ)やめっき処理による配線作製法に比べて、簡便・省エネ・省資源であることから次世代エレクトロニクス開発において大きな期待を集めている。
As a method of forming a metal film on a base material, a metal film or a circuit board is formed by applying a dispersion of metal particles or metal oxide particles to the base material by a printing method and then sintering by heat treatment or light irradiation treatment. A technique for forming an electrically conductive portion such as a wiring in is known.
Since the above method is simpler, energy-saving, and resource-saving than conventional high-heat / vacuum processes (sputtering) and plating processes, it is highly anticipated in the development of next-generation electronics.

例えば、特許文献1においては、金属微細粉末を含む導電性金属ペーストが開示されている。なお、特許文献1の実施例欄においては、銀微細粉末を使用して、熱焼結させることにより、導電膜を形成している。   For example, Patent Document 1 discloses a conductive metal paste containing a metal fine powder. In the example column of Patent Document 1, a conductive film is formed by thermal sintering using fine silver powder.

特開2012−119132号公報JP 2012-119132 A

一方、銅は室温(25℃)で酸化状態が安定であるため、通常、銅表面には酸化状態の銅原子が含まれ、金属銅として導体、導熱性を発現するには酸化状態の銅原子を還元し、さらに金属銅の連続体とする必要がある。
本発明者らは、特許文献1に記載されるように、金属銅粒子を用いて熱焼結のみにより導電膜の製造を実施したところ、得られた導電膜の導電特性は昨今の要求レベルを満たしておらず、さらなる改良が必要であった。
On the other hand, copper is stable in an oxidized state at room temperature (25 ° C.). Therefore, an oxidized copper atom is usually included on the copper surface, and a copper atom in an oxidized state is necessary to develop a conductor and heat conductivity as metallic copper. Needs to be reduced to a metal copper continuum.
As described in Patent Document 1, the present inventors conducted production of a conductive film only by thermal sintering using metallic copper particles. As a result, the conductive characteristics of the obtained conductive film were at the level required today. It was not satisfied and further improvement was necessary.

本発明は、上記実情に鑑みて、金属銅粒子を用いて、簡便に導電特性に優れる導電膜を製造することができる導電膜の製造方法を提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the manufacturing method of the electrically conductive film which can manufacture the electrically conductive film which is simply excellent in an electroconductive characteristic using a metal copper particle in view of the said situation.

本発明者らは、鋭意検討した結果、所定の沸点を示すアルコール濃度が所定値以上であるアルコール雰囲気下にて熱焼結を行うことにより、上記課題を解決できることを見出した。
すなわち、以下の構成により上記目的を達成することができることを見出した。
As a result of intensive studies, the present inventors have found that the above problem can be solved by performing thermal sintering in an alcohol atmosphere in which an alcohol concentration having a predetermined boiling point is a predetermined value or more.
That is, it has been found that the above object can be achieved by the following configuration.

(1) 基板上に、金属銅粒子、熱可塑性樹脂、および、沸点100℃〜230℃のアルコールを少なくとも含有する前駆体膜を形成する工程と、
減圧処理を行い、アルコールの濃度が5体積%以上であるアルコール雰囲気となる減圧状態を維持しつつ、前駆体膜に対して熱焼結処理を行い、金属銅を含有する導電膜を形成する工程とを有する、導電膜の製造方法。
(2) 前駆体膜に、さらに酸化銅粒子が含まれる、(1)に記載の導電膜の製造方法。
(3) 熱可塑性樹脂が、昇温速度10℃/分にて25℃から400℃まで昇温したときの熱重量減少率が80%以上である熱可塑性樹脂である、(1)または(2)に記載の導電膜の製造方法。
(4) 熱可塑性樹脂が、ポリエチレンイミン、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、および、ポリアセタールからなる群から選択される、(1)〜(3)のいずれか1つに記載の導電膜の製造方法。
(5) アルコールの沸点が150〜230℃である、(1)〜(4)のいずれか1つに記載の導電膜の製造方法。
(6) 前駆体膜中における金属銅粒子の質量Aと酸化銅粒子の質量Bとの比(A/B)が4以上である、(2)〜(5)のいずれか1つに記載の導電膜の製造方法。
(7) 減圧処理が、1〜100mmHgにて実施される、(1)〜(5)のいずれか1つに記載の導電膜の製造方法。
(8) 減圧処理が、1〜50mmHgにて実施される、(1)〜(6)のいずれか1つに記載の導電膜の製造方法。
(1) forming a precursor film containing at least metal copper particles, a thermoplastic resin, and an alcohol having a boiling point of 100 ° C to 230 ° C on the substrate;
A process of forming a conductive film containing metallic copper by performing a pressure reduction treatment and performing a heat sintering process on the precursor film while maintaining a reduced pressure state in which an alcohol atmosphere has an alcohol concentration of 5% by volume or more. The manufacturing method of the electrically conductive film which has these.
(2) The manufacturing method of the electrically conductive film as described in (1) in which a copper oxide particle is further contained in a precursor film | membrane.
(3) The thermoplastic resin is a thermoplastic resin having a thermogravimetric reduction rate of 80% or more when the temperature is increased from 25 ° C. to 400 ° C. at a temperature increase rate of 10 ° C./min. (1) or (2 The manufacturing method of the electrically conductive film as described in).
(4) The method for producing a conductive film according to any one of (1) to (3), wherein the thermoplastic resin is selected from the group consisting of polyethyleneimine, polyethylene oxide, polypropylene oxide, and polyacetal.
(5) The manufacturing method of the electrically conductive film as described in any one of (1)-(4) whose boiling point of alcohol is 150-230 degreeC.
(6) The ratio (A / B) between the mass A of the copper metal particles and the mass B of the copper oxide particles in the precursor film is 4 or more, according to any one of (2) to (5). Manufacturing method of electrically conductive film.
(7) The manufacturing method of the electrically conductive film as described in any one of (1)-(5) with which a pressure reduction process is implemented at 1-100 mmHg.
(8) The manufacturing method of the electrically conductive film as described in any one of (1)-(6) with which a pressure reduction process is implemented at 1-50 mmHg.

本発明によれば、金属銅粒子を用いて、簡便に導電特性に優れる導電膜を製造することができる導電膜の製造方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the electrically conductive film which can manufacture the electrically conductive film which is easily excellent in an electroconductive characteristic using a metal copper particle can be provided.

本発明の導電膜の製造方法の好適態様における各工程を工程順に示す断面図である。It is sectional drawing which shows each process in the suitable aspect of the manufacturing method of the electrically conductive film of this invention in order of a process. 前駆体膜の他の実施態様を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other embodiment of a precursor film | membrane.

以下に、本発明の導電膜の製造方法の好適態様について詳述する。
まず、本発明の従来技術と比較した特徴点について詳述する。
上述したように、本発明の特徴点は、所定の沸点を示すアルコールを含む前駆体膜を作製し、減圧処理を行って、アルコールを気化させ、所定のアルコール濃度の雰囲気となるように減圧状態を維持したまま、熱焼結を行う点が挙げられる。本方法によれば、熱焼結の際に、雰囲気中のアルコールが金属銅の表面にある酸化銅の還元に寄与し、酸化しやすい表面の還元が可能となると共に、結果的に、導電膜中での金属銅の割合が増加して、導電特性に優れる導電膜を製造することができる。また、本方法では、還元に寄与するアルコールは前駆体膜中から供給されるために、別途アルコールガスを導入する装置などを用意する必要が無く、工業的にも優れた方法といえる。
Below, the suitable aspect of the manufacturing method of the electrically conductive film of this invention is explained in full detail.
First, the feature point compared with the prior art of this invention is explained in full detail.
As described above, the feature of the present invention is that a precursor film containing an alcohol having a predetermined boiling point is produced, subjected to a decompression process, the alcohol is vaporized, and a reduced pressure state is obtained so that an atmosphere of a predetermined alcohol concentration is obtained. The point which heat-sinters is mentioned, maintaining this. According to this method, the alcohol in the atmosphere contributes to the reduction of the copper oxide on the surface of the metallic copper during the thermal sintering, and the reduction of the surface that is easy to oxidize becomes possible. The ratio of the metallic copper in the inside increases, and a conductive film having excellent conductive properties can be produced. Moreover, in this method, since the alcohol that contributes to the reduction is supplied from the precursor film, it is not necessary to prepare a device for introducing an alcohol gas separately, which is an industrially excellent method.

本発明の導電膜の製造方法の好適態様は、基材上に前駆体膜を形成する工程(前駆体膜形成工程)と、減圧処理を行った後、所定のアルコール濃度の雰囲気を維持したまま熱焼結を行う工程(焼結工程)とを備える。
以下、図面を参照しつつ、各工程の手順について詳述する。
The suitable aspect of the manufacturing method of the electrically conductive film of this invention is maintaining the atmosphere of predetermined alcohol concentration, after performing the process (precursor film formation process) of forming a precursor film | membrane on a base material, and a pressure reduction process. A step of performing thermal sintering (sintering step).
Hereinafter, the procedure of each process will be described in detail with reference to the drawings.

<前駆体膜形成工程>
前駆体膜形成工程は、基板上に、金属銅粒子、熱可塑性樹脂、および、沸点100℃〜230℃のアルコールを少なくとも含有する前駆体膜を形成する工程である。図1(A)に示すように、基材10上に前駆体膜12が形成される。本工程を実施することにより、後述する焼結工程によって処理される前駆体膜が形成される。
以下では、まず、本工程で使用される材料について詳述する。
<Precursor film forming step>
The precursor film forming step is a step of forming a precursor film containing at least metal copper particles, a thermoplastic resin, and an alcohol having a boiling point of 100 ° C. to 230 ° C. on the substrate. As shown in FIG. 1A, a precursor film 12 is formed on the base material 10. By performing this step, a precursor film to be processed by a sintering step described later is formed.
Below, the material used at this process is explained in full detail first.

(基材)
本工程で使用される基材は、前駆体膜および導電膜を支持するものであり、公知のものを用いることができる。基材に使用される材料としては、例えば、樹脂、紙、ガラス、シリコン系半導体、化合物半導体、金属酸化物、金属窒化物、木材、またはこれらの複合物が挙げられる。なかでも、樹脂基材が、汎用性があり好ましい。
より具体的には、低密度ポリエチレン樹脂、高密度ポリエチレン樹脂、ABS樹脂、アクリル樹脂、スチレン樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリエステル樹脂(ポリエチレンテレフタレート)、ポリアセタール樹脂、ポリサルフォン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、セルロース誘導体等の樹脂基材;非塗工印刷用紙、微塗工印刷用紙、塗工印刷用紙(アート紙、コート紙)、特殊印刷用紙、コピー用紙(PPC用紙)、未晒包装紙(重袋用両更クラフト紙、両更クラフト紙)、晒包装紙(晒クラフト紙、純白ロール紙)、コートボール、チップボール、段ボール等の紙基材;ソーダガラス、ホウケイ酸ガラス、シリカガラス、石英ガラス等のガラス基材;アモルファスシリコン、ポリシリコン等のシリコン系半導体基材;CdS、CdTe、GaAs等の化合物半導体基材;銅板、鉄板、アルミ板等の金属基材;アルミナ、サファイア、ジルコニア、チタニア、酸化イットリウム、酸化インジウム、ITO(インジウム錫酸化物)、IZO(インジウム亜鉛酸化物)、ネサ(酸化錫)、ATO(アンチモンドープ酸化錫)、フッ素ドープ酸化錫、酸化亜鉛、AZO(アルミドープ酸化亜鉛)、ガリウムドープ酸化亜鉛、窒化アルミニウム基材、炭化ケイ素等のその他無機基材;紙−フェノール樹脂、紙−エポキシ樹脂、紙−ポリエステル樹脂等の紙−樹脂複合物、ガラス布−エポキシ樹脂、ガラス布−ポリイミド系樹脂、ガラス布−フッ素樹脂等のガラス−樹脂複合物等の複合基材等が挙げられる。これらの中でも、ガラスエポキシ基材、ポリエステル基材、ポリイミド基材、ポリエーテルイミド基材、紙基材、ガラス基材が好ましく使用される。
(Base material)
The base material used at this process supports a precursor film | membrane and an electrically conductive film, A well-known thing can be used. Examples of the material used for the substrate include resin, paper, glass, silicon-based semiconductor, compound semiconductor, metal oxide, metal nitride, wood, or a composite thereof. Especially, a resin base material has versatility and is preferable.
More specifically, low density polyethylene resin, high density polyethylene resin, ABS resin, acrylic resin, styrene resin, vinyl chloride resin, polyester resin (polyethylene terephthalate), polyacetal resin, polysulfone resin, polyetherimide resin, polyether ketone Resin base materials such as resin and cellulose derivatives; uncoated printing paper, fine coated printing paper, coated printing paper (art paper, coated paper), special printing paper, copy paper (PPC paper), unbleached wrapping paper ( Paper substrates such as double kraft paper for heavy bags, double kraft paper), bleached wrapping paper (bleached kraft paper, pure white roll paper), coated balls, chip balls, corrugated cardboard; soda glass, borosilicate glass, silica glass, Glass substrates such as quartz glass; silicon-based semiconductor substrates such as amorphous silicon and polysilicon; Compound semiconductor substrates such as dS, CdTe, GaAs; metal substrates such as copper plate, iron plate, aluminum plate; alumina, sapphire, zirconia, titania, yttrium oxide, indium oxide, ITO (indium tin oxide), IZO (indium zinc) Oxides), Nesa (tin oxide), ATO (antimony-doped tin oxide), fluorine-doped tin oxide, zinc oxide, AZO (aluminum-doped zinc oxide), gallium-doped zinc oxide, aluminum nitride substrate, silicon carbide, and other inorganic materials Base materials: Paper-resin composites such as paper-phenolic resin, paper-epoxy resin, paper-polyester resin, glass cloth-epoxy resin, glass cloth-polyimide resin, glass cloth-fluorine resin, etc. And the like, and the like. Among these, a glass epoxy base material, a polyester base material, a polyimide base material, a polyetherimide base material, a paper base material, and a glass base material are preferably used.

(金属銅粒子)
金属銅粒子は、後述する焼結工程によって、導電膜中の金属銅を構成する。
金属銅粒子の平均粒子径は特に制限されないが、1nm〜10μmが好ましく、10nm〜5μmがより好ましい。
平均粒子径が1nm以上であれば、粒子表面の活性が高くなりすぎず、取扱い性に優れるため好ましい。また、10μm以下であれば、前駆体膜を製造する際に使用される組成物をインクジェット用インク組成物やスクリーン印刷用ペースト組成物として用い、各種印刷法により配線等のパターン形成を行うことが容易となり、組成物を導体化する際に、得られる導電膜の導電性が良好であるため好ましい。
なお、本発明における平均粒子径は、平均一次粒径のことを指す。平均粒子径は、透過型電子顕微鏡(TEM)観察または走査型電子顕微鏡(SEM)観察により、少なくとも50個以上の金属銅粒子の粒子径(直径)を測定し、それらを算術平均して求める。なお、観察図中、金属銅粒子の形状が真円状でない場合、長径を直径として測定する。
金属銅粒子としては、例えば、Copper, powder particle size 3 microm 99.7%(Aldrich社製)を好ましく使用することができる。
(Metal copper particles)
The metallic copper particles constitute metallic copper in the conductive film by a sintering process described later.
The average particle diameter of the metal copper particles is not particularly limited, but is preferably 1 nm to 10 μm, and more preferably 10 nm to 5 μm.
An average particle diameter of 1 nm or more is preferable because the activity on the particle surface does not become too high and the handleability is excellent. Moreover, if it is 10 micrometers or less, the composition used when manufacturing a precursor film | membrane can be used as an inkjet ink composition or a paste composition for screen printing, and pattern formations, such as wiring, can be performed by various printing methods. It becomes easy, and when making a composition into a conductor, since the electroconductivity of the electrically conductive film obtained is favorable, it is preferable.
In addition, the average particle diameter in this invention points out an average primary particle diameter. The average particle diameter is obtained by measuring the particle diameter (diameter) of at least 50 metal copper particles by observation with a transmission electron microscope (TEM) or scanning electron microscope (SEM) and arithmetically averaging them. In addition, when the shape of the metal copper particles is not a perfect circle in the observation drawing, the major axis is measured as the diameter.
As the metal copper particles, for example, Copper, powder particle size 3 microm 99.7% (manufactured by Aldrich) can be preferably used.

(熱可塑性樹脂)
熱可塑性樹脂は、前駆体膜中においてバインダーの役割を果たし、後述する焼結工程において熱分解して除去されることが好ましい。
熱可塑性樹脂の種類は特に制限されず、公知の樹脂を使用することができる。例えば、ビニル系樹脂、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂などが挙げられる。これらの樹脂は、単独で用いられてもよいし、2種以上が併用されてもよい。
なかでも、熱可塑性樹脂としては、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリエチレンイミン、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、および、ポリアセタールからなる群から選択されることが好ましく、ポリエチレンイミン、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、または、ポリアセタールがより好ましい。上記熱可塑性樹脂(ポリマー)であれば、得られる導電膜の導電特性がより優れる。
(Thermoplastic resin)
The thermoplastic resin serves as a binder in the precursor film, and is preferably thermally decomposed and removed in a sintering process described later.
The kind in particular of a thermoplastic resin is not restrict | limited, A well-known resin can be used. For example, vinyl resin, acrylic resin, styrene resin, polyolefin resin, polyamide resin, and the like can be given. These resins may be used alone or in combination of two or more.
Among them, the thermoplastic resin is preferably selected from the group consisting of polyvinylpyrrolidone, polyvinyl alcohol, polyethyleneimine, polyethylene oxide, polypropylene oxide, and polyacetal, and polyethyleneimine, polyethylene oxide, polypropylene oxide, or polyacetal. Is more preferable. If it is the said thermoplastic resin (polymer), the electroconductivity of the electrically conductive film obtained will be more excellent.

熱可塑性樹脂の好適態様の一つとしては、昇温速度10℃/分にて25℃から400℃まで昇温したときの熱重量減少率が80%以上である熱可塑性樹脂が挙げられる。この熱可塑性樹脂であれば、後述する焼結工程の際に分解・気化しやすく、導電膜中に残渣が残りにくくなるため、結果として、導電膜の導電性がより優れる。
なお、好ましい熱重量減少率の範囲は、80%以上であり、90%以上がさらに好ましい。上限は特に制限されないが、95%である。
なお、熱重量減少率の測定は、EXSTAR TG/DTA6000(SII社製)を使用し、窒素中で測定を行う。
One preferred embodiment of the thermoplastic resin is a thermoplastic resin having a thermogravimetric reduction rate of 80% or more when the temperature is increased from 25 ° C. to 400 ° C. at a temperature increase rate of 10 ° C./min. If it is this thermoplastic resin, it will be easy to decompose | disassemble and vaporize in the sintering process mentioned later, and since a residue does not remain in a conductive film easily, as a result, the electroconductivity of a conductive film is more excellent.
In addition, the range of the preferable thermal weight reduction rate is 80% or more, and 90% or more is more preferable. The upper limit is not particularly limited, but is 95%.
The thermal weight loss rate is measured in nitrogen using EXSTAR TG / DTA6000 (manufactured by SII).

(アルコール)
アルコールは、前駆体膜中に含まれ、後述する焼結工程において気化して、アルコール雰囲気の供給源となる。なお、気化したアルコールは、熱焼結中に金属銅粒子の表面酸化銅を還元する還元剤として機能する。
使用されるアルコールの沸点は、100℃〜230℃であり、150〜230℃が好ましく、170〜220℃がより好ましい。100℃未満の場合は、気化が早く減圧を行う時に消失してしまい、酸化銅に対する還元能が低く、得られる導電膜の導電特性に劣る。230℃超の場合、揮発しづらく、所定のアルコール濃度の雰囲気に調整することが難しく、かつ、得られる導電膜の導電特性も劣る。
なお、本明細書において、“沸点”とは、圧力1atmのもとでの沸点を意味する。
(alcohol)
Alcohol is contained in the precursor film and is vaporized in a sintering process described later to become a supply source of the alcohol atmosphere. The vaporized alcohol functions as a reducing agent that reduces the surface copper oxide of the metal copper particles during the thermal sintering.
The alcohol used has a boiling point of 100 to 230 ° C, preferably 150 to 230 ° C, and more preferably 170 to 220 ° C. When the temperature is lower than 100 ° C., vaporization is rapid and disappears when the pressure is reduced, and the reducing ability with respect to copper oxide is low, resulting in poor conductive properties of the obtained conductive film. If it exceeds 230 ° C., it is difficult to volatilize, it is difficult to adjust to an atmosphere of a predetermined alcohol concentration, and the conductive properties of the obtained conductive film are also inferior.
In the present specification, “boiling point” means a boiling point under a pressure of 1 atm.

使用されるアルコールの種類は、上記沸点を示すアルコールであれば、特にその種類は制限されない。なかでも、還元性が高く得られる導電膜の導電特性がより優れる点で、1級アルコールが好ましい。
アルコール[沸点]の具体例としては、例えば、ブタノール[117℃]、プロピレングリコール[188℃]、ジプロピレングリコール[230℃]、1,2−ブタンジオール[194℃]、1,2−ペンタンジオール[210℃]、1,2−ヘキサンジオール[224℃]、1,2−ヘプタンジオール[227℃]、3−メチル−1,3−ブタンジオール[203℃]、2−エチル−2−メチル−1,3−プロパンジオール[226℃]、2−メチル−1,3−プロパンジオール[214℃]、2−メチル−2−プロピル−1,3−プロパンジオール[230℃]、2,2−ジメチル−1,3−プロパンジオール[210℃]、2−メチルペンタン−2,4−ジオール[197℃]、エチレングリコール[197℃)、1−オクタノール[194℃]、シクロヘキサノール[161℃]、1−ノナノール[沸点213.5℃]、イソデシルアルコール[沸点220℃]、2−デカノール[沸点211℃]、2,5−ヘキサンジオール[沸点216℃]、3−メチル−1,3−ブタンジオール[沸点203℃]、1,2−ペンタンジオール[沸点206℃]、1,2−ヘキサンジオール[沸点223℃]、エチレングリコールモノヘキシルエーテル[沸点208℃]、エチレングリコールモノオクチルエーテル[沸点229℃]、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル[沸点212℃]、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル[沸点229℃]等が挙げられる。
If the kind of alcohol used is an alcohol which shows the said boiling point, the kind in particular will not be restrict | limited. Among these, primary alcohols are preferable in that the conductive properties of the conductive film obtained with high reducibility are more excellent.
Specific examples of the alcohol [boiling point] include, for example, butanol [117 ° C.], propylene glycol [188 ° C.], dipropylene glycol [230 ° C.], 1,2-butanediol [194 ° C.], 1,2-pentanediol. [210 ° C], 1,2-hexanediol [224 ° C], 1,2-heptanediol [227 ° C], 3-methyl-1,3-butanediol [203 ° C], 2-ethyl-2-methyl- 1,3-propanediol [226 ° C.], 2-methyl-1,3-propanediol [214 ° C.], 2-methyl-2-propyl-1,3-propanediol [230 ° C.], 2,2-dimethyl -1,3-propanediol [210 ° C.], 2-methylpentane-2,4-diol [197 ° C.], ethylene glycol [197 ° C.], 1-octanol 194 ° C], cyclohexanol [161 ° C], 1-nonanol [boiling point 213.5 ° C], isodecyl alcohol [boiling point 220 ° C], 2-decanol [boiling point 211 ° C], 2,5-hexanediol [boiling point 216 ° C] ], 3-methyl-1,3-butanediol [boiling point 203 [deg.] C.], 1,2-pentanediol [boiling point 206 [deg.] C.], 1,2-hexanediol [boiling point 223 [deg.] C.], ethylene glycol monohexyl ether [boiling point 208] ° C], ethylene glycol monooctyl ether [boiling point 229 ° C.], dipropylene glycol monopropyl ether [boiling point 212 ° C.], dipropylene glycol monobutyl ether [boiling point 229 ° C.] and the like.

(その他任意の材料)
前駆体膜中には、上記金属銅粒子、熱可塑性樹脂およびアルコールが含まれるが、それ以外の成分が含まれていてもよい。
例えば、酸化銅粒子が含まれていてもよい。酸化銅粒子が含まれることにより、導電膜の導電特性がより向上する。なお、酸化銅粒子は、後述する焼結工程の際に還元され、導電膜中に含まれる金属銅へと変換される。
なお、本発明における「酸化銅」とは、酸化されていない銅を実質的に含まない化合物であり、具体的には、X線回折による結晶解析において、酸化銅由来のピークが検出され、かつ金属由来のピークが検出されない化合物のことを指す。銅を実質的に含まないとは、限定的ではないが、銅の含有量が酸化銅粒子に対して1質量%以下であることをいう。
(Other optional materials)
The precursor film contains the metal copper particles, the thermoplastic resin, and the alcohol, but may contain other components.
For example, copper oxide particles may be included. By including the copper oxide particles, the conductive properties of the conductive film are further improved. In addition, the copper oxide particles are reduced during the sintering step described later, and are converted into metallic copper contained in the conductive film.
The “copper oxide” in the present invention is a compound that does not substantially contain copper that has not been oxidized. Specifically, in crystal analysis by X-ray diffraction, a peak derived from copper oxide is detected, and It refers to a compound in which no metal-derived peak is detected. Although not containing copper substantially, it means that content of copper is 1 mass% or less with respect to copper oxide particles.

酸化銅としては、酸化銅(I)または酸化銅(II)が好ましく、安価に入手可能であること、安定性が高いことから酸化銅(II)であることが更に好ましい。
酸化銅粒子の平均粒子径は特に制限されないが、500nm以下が好ましく、100nm以下がより好ましい。下限も特に制限されないが、1nm以上が好ましく、50nm以上がより好ましい。
平均粒子径が1nm以上であれば、粒子表面の活性が高くなりすぎず、取扱い性に優れるため好ましい。また、500nm以下であれば、酸化銅粒子を含む組成物をインクジェット用インク組成物として用い、印刷法により配線等のパターン形成を行うことが容易となり、金属銅への還元が十分となり、得られる導電膜の導電性が良好であるため好ましい。
なお、本発明における平均粒子径は、平均一次粒径のことを指す。平均粒子径は、透過型電子顕微鏡(TEM)観察または走査型電子顕微鏡(SEM)観察により、少なくとも50個以上の酸化銅粒子の粒子径(直径)を測定し、それらを算術平均して求める。なお、観察図中、酸化銅粒子の形状が真円状でない場合、長径を直径として測定する。
酸化銅粒子としては、例えば、関東化学社製のCuOナノ粒子、シグマアルドリッチ社製のCuOナノ粒子等を好ましく使用することができる。
As the copper oxide, copper (I) oxide or copper (II) oxide is preferable, and copper (II) oxide is more preferable because it is available at low cost and has high stability.
The average particle size of the copper oxide particles is not particularly limited, but is preferably 500 nm or less, and more preferably 100 nm or less. Although a minimum in particular is not restrict | limited, 1 nm or more is preferable and 50 nm or more is more preferable.
An average particle diameter of 1 nm or more is preferable because the activity on the particle surface does not become too high and the handleability is excellent. Moreover, if it is 500 nm or less, it becomes easy to form a pattern such as wiring by a printing method using a composition containing copper oxide particles as an ink-jet ink composition, and reduction to metallic copper is sufficient and obtained. It is preferable because the conductive film has good conductivity.
In addition, the average particle diameter in this invention points out an average primary particle diameter. The average particle diameter is determined by measuring the particle diameter (diameter) of at least 50 or more copper oxide particles by observation with a transmission electron microscope (TEM) or scanning electron microscope (SEM) and arithmetically averaging them. In the observation diagram, when the shape of the copper oxide particles is not a perfect circle, the major axis is measured as the diameter.
As the copper oxide particles, for example, CuO nanoparticles made by Kanto Chemical Co., CuO nanoparticles made by Sigma-Aldrich, etc. can be preferably used.

なお、前駆体膜には、本発明の効果を損なわない範囲で、アルコール以外の溶媒が含まれていてもよい。   Note that the precursor film may contain a solvent other than alcohol as long as the effects of the present invention are not impaired.

(前駆体膜)
前駆体膜中には、上記金属銅粒子、熱可塑性樹脂およびアルコールが含まれる。
前駆体膜中における金属銅粒子の含有量は特に制限されないが、前駆体膜全質量に対して、5〜60質量%が好ましく、9.5〜50質量%がより好ましい。上記範囲であれば、得られる導電膜の導電特性がより優れる。
また、前駆体膜中における熱可塑性樹脂の含有量は特に制限されないが、前駆体膜全質量に対して、0.05〜10質量%が好ましく、0.5〜5質量%がより好ましい。上記範囲であれば、得られる導電膜の導電特性がより優れる。
また、前駆体膜中におけるアルコールの含有量は特に制限されないが、前駆体膜全質量に対して、50〜90質量%が好ましく、70〜90質量%がより好ましい。上記範囲であれば、得られる導電膜の導電特性がより優れる。
また、前駆体膜に酸化銅粒子が含まれる場合、前駆体膜中における金属銅粒子の質量Aと酸化銅粒子の質量Bとの比(A/B)は4以上が好ましく、8以上がより好ましい。上記範囲であれば、得られる導電膜の導電特性がより優れる。
(Precursor film)
The precursor film contains the metal copper particles, the thermoplastic resin, and the alcohol.
Although content in particular of a metallic copper particle in a precursor film | membrane is not restrict | limited, 5-60 mass% is preferable with respect to precursor film | membrane total mass, and 9.5-50 mass% is more preferable. If it is the said range, the electroconductivity of the electrically conductive film obtained will be more excellent.
In addition, the content of the thermoplastic resin in the precursor film is not particularly limited, but is preferably 0.05 to 10% by mass, and more preferably 0.5 to 5% by mass with respect to the total mass of the precursor film. If it is the said range, the electroconductivity of the electrically conductive film obtained will be more excellent.
Moreover, content of alcohol in a precursor film | membrane is not restrict | limited in particular, However, 50-90 mass% is preferable with respect to precursor film | membrane total mass, and 70-90 mass% is more preferable. If it is the said range, the electroconductivity of the electrically conductive film obtained will be more excellent.
When the precursor film contains copper oxide particles, the ratio (A / B) of the mass A of the metal copper particles to the mass B of the copper oxide particles in the precursor film is preferably 4 or more, more preferably 8 or more. preferable. If it is the said range, the electroconductivity of the electrically conductive film obtained will be more excellent.

前駆体膜の厚みは特に制限されないが、得られる導電膜の導電特性がより優れる点で、1〜50μmが好ましく、10〜30μmがより好ましい。
なお、前駆体膜12は、図1(A)に示すように、基材10の全面にわたって配置されていてもよいし、図2に示すように、基材10上にパターン状に配置されていてもよい。
Although the thickness of a precursor film | membrane is not restrict | limited in particular, 1-50 micrometers is preferable and 10-30 micrometers is more preferable at the point which the electroconductivity of the electrically conductive film obtained is more excellent.
In addition, the precursor film | membrane 12 may be arrange | positioned over the whole surface of the base material 10, as shown to FIG. 1 (A), and is arrange | positioned in pattern form on the base material 10, as shown in FIG. May be.

(前駆体膜の製造方法)
前駆体膜の製造方法は特に限定されず、公知の方法が採用される。
なかでも、前駆体膜の厚みの調整が容易であると共に、前駆体膜中でのアルコール濃度の調整がより容易である点から、上記金属銅粒子、熱可塑性樹脂、およびアルコールが少なくとも含有される前駆体膜形成用組成物を基材上に塗布して、前駆体膜を形成する方法(塗布法)が好ましい。なお、塗布後、必要に応じて、乾燥処理を実施してもよい。
他の方法としては、仮支持体上に上記前駆体膜を製造して、基材上に転写する方法も挙げられる。
以下では、塗布法に関して詳述する。
(Precursor film production method)
The manufacturing method of a precursor film | membrane is not specifically limited, A well-known method is employ | adopted.
Among them, at least the metal copper particles, the thermoplastic resin, and the alcohol are contained because the thickness of the precursor film can be easily adjusted and the alcohol concentration in the precursor film can be easily adjusted. A method (coating method) in which the precursor film-forming composition is applied onto a substrate to form a precursor film is preferable. In addition, you may implement a drying process after application | coating as needed.
As another method, a method of producing the above precursor film on a temporary support and transferring it onto a substrate can also be mentioned.
Hereinafter, the coating method will be described in detail.

前駆体膜形成用組成物中に含まれる成分(金属銅粒子、熱可塑性樹脂、およびアルコール、任意の成分など)の定義は、上述の通りである。
前駆体膜形成用組成物中におけるアルコールの含有量は特に制限されないが、塗布性に優れる点で、50〜90質量%であることが好ましく、70〜90質量%であることがより好ましい。
また、前駆体膜形成用組成物中における金属銅粒子の含有量は特に制限されないが、塗布性に優れる点で、全固形分に対して、80〜99質量%であることが好ましく、85〜99質量%であることがより好ましい。
また、前駆体膜形成用組成物中における熱可塑性樹脂の含有量は特に制限されないが、塗布性に優れる点で、全固形分に対して、0.05〜20質量%であることが好ましく、1〜10質量%であることがより好ましい。
なお、前駆体膜形成用組成物中には酸化銅粒子が含まれていてもよく、酸化銅粒子が含まれる場合、金属銅粒子の質量Aと酸化銅粒子の質量Bとの比(A/B)は上述した範囲であることが好ましい。
なお、全固形分とは、アルコールなどの溶媒を除く、前駆体膜を形成する成分を意図する。
The definitions of the components (metal copper particles, thermoplastic resin, alcohol, optional components, etc.) contained in the precursor film forming composition are as described above.
The content of alcohol in the precursor film-forming composition is not particularly limited, but is preferably 50 to 90% by mass and more preferably 70 to 90% by mass in terms of excellent coatability.
The content of the metallic copper particles in the precursor film-forming composition is not particularly limited, but is preferably 80 to 99% by mass with respect to the total solid content in terms of excellent coating properties, and is preferably 85 to 85%. It is more preferable that it is 99 mass%.
The content of the thermoplastic resin in the precursor film forming composition is not particularly limited, but is preferably 0.05 to 20% by mass with respect to the total solid content in terms of excellent coating properties. More preferably, it is 1-10 mass%.
The composition for forming a precursor film may contain copper oxide particles. When copper oxide particles are contained, the ratio of the mass A of the metal copper particles to the mass B of the copper oxide particles (A / B) is preferably in the above-mentioned range.
The total solid content means a component that forms a precursor film excluding a solvent such as alcohol.

前駆体膜形成用組成物の調製方法は特に制限されず、公知の方法を採用できる。例えば、アルコール中に金属銅粒子と熱可塑性樹脂とを添加した後、超音波法(例えば、超音波ホモジナイザーによる処理)、ミキサー法、3本ロール法、ボールミル法などの公知の手段により成分を分散させることによって、組成物を得ることができる。   The method for preparing the precursor film-forming composition is not particularly limited, and a known method can be adopted. For example, after adding metallic copper particles and thermoplastic resin to alcohol, the components are dispersed by known means such as ultrasonic method (for example, treatment with ultrasonic homogenizer), mixer method, three-roll method, ball mill method, etc. By making it, a composition can be obtained.

前駆体膜形成用組成物を基材上に付与する方法は特に制限されず、公知の方法を採用できる。例えば、スクリーン印刷法、ディップコーティング法、スプレー塗布法、スピンコーティング法、インクジェット法などの塗布法が挙げられる。
塗布の形状は特に制限されず、基材全面を覆う面状であっても、パターン状(例えば、配線状、ドット状)であってもよい。
基材上への前駆体膜形成用組成物の塗布量としては、所望する導電膜の膜厚に応じて適宜調整すればよいが、通常、塗膜の膜厚は0.01〜5000μmが好ましく、0.1〜1000μmがより好ましい。
The method for applying the precursor film-forming composition onto the substrate is not particularly limited, and a known method can be employed. For example, coating methods such as a screen printing method, a dip coating method, a spray coating method, a spin coating method, and an ink jet method can be used.
The shape of application is not particularly limited, and may be a surface covering the entire surface of the substrate or a pattern (for example, a wiring or a dot).
The coating amount of the precursor film-forming composition on the substrate may be appropriately adjusted according to the desired film thickness of the conductive film, but usually the coating film thickness is preferably 0.01 to 5000 μm. 0.1 to 1000 μm is more preferable.

本工程においては、必要に応じて、前駆体膜形成用組成物を基材へ塗布した後に乾燥処理を行い、余分なアルコールを除去してもよい。余分なアルコールを除去することにより、後述する焼結工程において、過剰なアルコールの気化膨張に起因する微小なクラックや空隙の発生を抑制することができ、導電膜の導電性および導電膜と基材との密着性の点で好ましい。
乾燥処理の方法としては温風乾燥機などを用いることができ、温度としては、40℃〜200℃で加熱処理を行うことが好ましく、50℃以上150℃未満で加熱処理を行なうことがより好ましく、70℃〜120℃で加熱処理を行うことがさらに好ましい。
なお、金属銅粒子の酸化を抑制するような条件が好ましく、例えば窒素、アルゴンなどの不活性ガス雰囲気下がより好ましく、水素等の還元性ガス雰囲気下で乾燥することがさらに好ましい。
In this step, if necessary, the precursor film-forming composition may be applied to the substrate and then dried to remove excess alcohol. By removing the excess alcohol, it is possible to suppress the generation of minute cracks and voids due to the vaporization and expansion of excess alcohol in the sintering process described later. From the viewpoint of adhesiveness.
As a method for the drying treatment, a hot air dryer or the like can be used, and the temperature is preferably 40 to 200 ° C., more preferably 50 to 150 ° C. More preferably, the heat treatment is performed at 70 ° C. to 120 ° C.
In addition, the conditions which suppress the oxidation of a metal copper particle are preferable, for example, it is more preferable in inert gas atmosphere, such as nitrogen and argon, and it is still more preferable to dry in reducing gas atmosphere, such as hydrogen.

<焼結工程>
焼結工程は、減圧処理を行い、アルコール濃度が5体積%以上であるアルコール雰囲気となる減圧状態を維持しつつ、前駆体膜に対して熱焼結処理を行い、金属銅を有する導電膜を形成する工程である。本工程では、まず、減圧処理を行い、所定のアルコール濃度のアルコール雰囲気を作りだし、そのアルコール雰囲気の状態を維持したまま、外部からガスを導入することなく、熱焼結処理を実施する。本工程を実施することにより、図1(B)に示すように基材10上に導電膜14が形成される。
以下、本工程の手順について詳述する。
<Sintering process>
A sintering process performs a pressure reduction process, heat-sinters with respect to a precursor film | membrane, maintaining the pressure-reduced state used as the alcohol atmosphere whose alcohol concentration is 5 volume% or more, and forms the electrically conductive film which has metallic copper. It is a process of forming. In this step, first, a decompression process is performed to create an alcohol atmosphere having a predetermined alcohol concentration, and a thermal sintering process is performed without introducing gas from the outside while maintaining the state of the alcohol atmosphere. By carrying out this step, a conductive film 14 is formed on the substrate 10 as shown in FIG.
Hereinafter, the procedure of this step will be described in detail.

減圧処理の方法は特に制限されず、公知の方法が採用される。例えば、前駆体膜付き基材を減圧処理装置内に入れて減圧処理する方法が挙げられる。
減圧処理の条件は、前駆体膜付き基材が静置される環境(例えば、減圧処理装置内の環境)が所定の濃度のアルコール雰囲気となれば特にその条件は選択されず、使用されるアルコールの沸点によって適宜最適な条件が選択される。
例えば、アルコールの沸点が100℃以上150℃未満の場合、減圧処理の減圧度としては50〜100mmHgが好ましく、70〜100mmHgがより好ましい。減圧度が上記範囲内であれば、アルコール濃度が調整しやすい。
また、アルコールの沸点が150℃以上200℃未満の場合、減圧処理の減圧度としては10〜50mmHgが好ましく、20〜50mmHgがより好ましい。減圧度が上記範囲内であれば、アルコール濃度が調整しやすい。
また、アルコールの沸点が200℃以上230℃以下の場合、減圧処理の減圧度としては1〜10mmHgが好ましく、5〜10mmHgがより好ましい。減圧度が上記範囲内であれば、アルコール濃度が調整しやすい。
The method for the decompression treatment is not particularly limited, and a known method is employed. For example, the method of putting a base material with a precursor film in a reduced pressure processing apparatus and carrying out a reduced pressure process is mentioned.
The conditions for the decompression treatment are not particularly selected as long as the environment in which the substrate with the precursor film is allowed to stand (for example, the environment in the decompression treatment apparatus) is an alcohol atmosphere having a predetermined concentration. Optimum conditions are appropriately selected depending on the boiling point of.
For example, when the boiling point of the alcohol is 100 ° C. or higher and lower than 150 ° C., the degree of reduced pressure in the reduced pressure treatment is preferably 50 to 100 mmHg, and more preferably 70 to 100 mmHg. If the degree of vacuum is within the above range, the alcohol concentration is easy to adjust.
Moreover, when the boiling point of alcohol is 150 degreeC or more and less than 200 degreeC, 10-50 mmHg is preferable as a pressure reduction degree of a pressure reduction process, and 20-50 mmHg is more preferable. If the degree of vacuum is within the above range, the alcohol concentration is easy to adjust.
Moreover, when the boiling point of alcohol is 200 degreeC or more and 230 degrees C or less, as a pressure reduction degree of a pressure reduction process, 1-10 mmHg is preferable and 5-10 mmHg is more preferable. If the degree of vacuum is within the above range, the alcohol concentration is easy to adjust.

減圧処理の時間は、所定のアルコール濃度が達成されれば特に制限されないが、生産性などの点から、5分〜1時間が好ましく、5〜10分がより好ましい。   The time for the decompression treatment is not particularly limited as long as a predetermined alcohol concentration is achieved, but 5 minutes to 1 hour is preferable and 5 to 10 minutes is more preferable from the viewpoint of productivity.

上記減圧処理が実施されることにより、前駆体膜中のアルコールが気化して、アルコール雰囲気が形成される。アルコール雰囲気とは、アルコールが含まれる雰囲気を意図し、他のガスが含まれていてもよく、その他のガス成分としてはアルゴン、窒素、水素、酸素などがあげられる。
アルコール雰囲気中におけるアルコール濃度は、5体積%以上であり、なかでも、得られる導電膜の導電特性がより優れる点で、6体積%以上が好ましく、7体積%以上がより好ましい。上限は特に制限されないが、アルコールの沸点と減圧度との関係より、50体積%以下の場合が多く、40体積%以下が好ましい。
アルコール濃度が5体積%未満の場合、金属表面の還元が十分に進行せずに、得られる導電膜の導電特性に劣る。
アルコール雰囲気中におけるアルコール濃度の測定方法としては、減圧環境下にある気体を所定量サンプリングして、窒素を注入して常圧に戻し、その気体をガスクロマトグラフィーにて成分分析する。より具体的には、例えば、内部に所定の体積の空間を有する減圧処理装置(例えば、グローボックス)内に上記前駆体膜付き基材を静置して、所定の条件で減圧処理を実施した後、減圧処理を止めて、窒素を注入して装置内を常圧に戻し、装置内の気体を採取して、その気体をガスクロマトグラフィーにて成分分析して、アルコールの体積比率を計算する。なお、アルコールの体積比率は、減圧処理装置内部の体積量Aと、計算されたアルコールの体積量Bとの比率(B/A)より計算される。
By performing the decompression process, the alcohol in the precursor film is vaporized and an alcohol atmosphere is formed. The alcohol atmosphere means an atmosphere containing alcohol, and may contain other gases. Examples of other gas components include argon, nitrogen, hydrogen, oxygen, and the like.
The alcohol concentration in the alcohol atmosphere is 5% by volume or more, and above all, 6% by volume or more is preferable and 7% by volume or more is more preferable because the conductive properties of the obtained conductive film are more excellent. The upper limit is not particularly limited, but is often 50% by volume or less, preferably 40% by volume or less, from the relationship between the boiling point of the alcohol and the degree of vacuum.
When the alcohol concentration is less than 5% by volume, the reduction of the metal surface does not proceed sufficiently and the conductive properties of the resulting conductive film are inferior.
As a method for measuring the alcohol concentration in an alcohol atmosphere, a predetermined amount of gas under a reduced pressure environment is sampled, nitrogen is injected to return to normal pressure, and the gas is subjected to component analysis by gas chromatography. More specifically, for example, the base material with the precursor film is allowed to stand in a vacuum processing apparatus (for example, a glow box) having a predetermined volume space inside, and the vacuum processing is performed under predetermined conditions. After that, the decompression process is stopped, nitrogen is injected to return the inside of the apparatus to normal pressure, the gas in the apparatus is collected, the gas is subjected to component analysis by gas chromatography, and the volume ratio of alcohol is calculated. . The volume ratio of alcohol is calculated from the ratio (B / A) of the volume A inside the decompression apparatus and the calculated volume B of alcohol.

本工程においては、減圧処理を実施して、アルコール濃度が上記範囲にあるアルコール雰囲気が達成された後に、熱焼結処理を実施する。なお、熱焼結処理の間も、アルコール濃度が上記範囲内となるように、減圧処理が制御される。
通常、減圧処理が実施されている際には、外部からの他のガスの導入はなされないことが好ましい。
In this step, the heat-sintering process is performed after the decompression process is performed and the alcohol atmosphere having the alcohol concentration in the above range is achieved. Note that the decompression process is controlled so that the alcohol concentration is within the above range even during the thermal sintering process.
Usually, when the decompression process is being performed, it is preferable that no other gas is introduced from the outside.

熱焼結処理を実施することにより、金属銅粒子が互いに融着してグレインを形成し、さらにグレイン同士が接着・融着して薄膜を形成する。その際、金属銅粒子表面にある酸化銅皮膜が、気体として浮遊するアルコールによって還元され、結果として酸化銅の含有量が少ない導電膜が形成される。
なお、前駆体膜中に酸化銅粒子が含まれる場合は、本処理により酸化銅粒子は金属銅粒子に還元され、導電膜の一部を構成する。
By carrying out the thermal sintering treatment, the metallic copper particles are fused together to form grains, and the grains are bonded and fused together to form a thin film. At that time, the copper oxide film on the surface of the metal copper particles is reduced by the alcohol floating as a gas, and as a result, a conductive film with a small content of copper oxide is formed.
In addition, when a copper oxide particle is contained in a precursor film | membrane, a copper oxide particle is reduce | restored to a metal copper particle by this process, and comprises a part of electrically conductive film.

熱焼結処理の条件は、使用される熱可塑性樹脂やアルコールの種類によって適宜最適な条件が選択される。なかでも、短時間で、導電性により優れる導電膜を形成することができる点で、加熱温度は50〜500℃が好ましく、100〜500℃がより好ましく、また、加熱時間は1〜60分が好ましく、1〜20分がより好ましい。
なお、加熱手段は特に制限されず、オーブン、ホットプレート等公知の加熱手段を用いることができる。
本発明では、比較的低温の加熱処理により導電膜の形成が可能であり、従って、プロセスコストが安いという利点を有する。
The optimum conditions for the thermal sintering treatment are appropriately selected depending on the type of thermoplastic resin and alcohol used. Among them, the heating temperature is preferably 50 to 500 ° C., more preferably 100 to 500 ° C., and the heating time is 1 to 60 minutes in that a conductive film that is superior in conductivity can be formed in a short time. Preferably, 1 to 20 minutes is more preferable.
The heating means is not particularly limited, and known heating means such as an oven and a hot plate can be used.
In the present invention, the conductive film can be formed by heat treatment at a relatively low temperature, and therefore, the process cost is low.

(導電膜)
上記工程を実施することにより、金属銅を含有する導電膜(金属銅膜)が得られる。
導電膜の膜厚は特に制限されず、使用される用途に応じて適宜最適な膜厚が調整される。なかでも、プリント配線基板用途の点からは、0.01〜1000μmが好ましく、0.1〜100μmがより好ましい。
なお、膜厚は、導電膜の任意の点における厚みを3箇所以上測定し、その値を算術平均して得られる値(平均値)である。
導電膜の体積抵抗値は、導電特性の点から、5.0×10-3Ωcm以下が好ましく、1×10-4Ωcm以下がより好ましく、5×10-4Ωcm以下がさらに好ましい。
体積抵抗値は、導電膜の表面抵抗値を四探針法にて測定後、得られた表面抵抗値に膜厚を乗算することで算出することができる。
(Conductive film)
By carrying out the above steps, a conductive film (metal copper film) containing metal copper is obtained.
The film thickness of the conductive film is not particularly limited, and an optimum film thickness is appropriately adjusted according to the intended use. Especially, from the point of a printed wiring board use, 0.01-1000 micrometers is preferable and 0.1-100 micrometers is more preferable.
The film thickness is a value (average value) obtained by measuring three or more thicknesses at arbitrary points on the conductive film and arithmetically averaging the values.
The volume resistance value of the conductive film is preferably 5.0 × 10 −3 Ωcm or less, more preferably 1 × 10 −4 Ωcm or less, and even more preferably 5 × 10 −4 Ωcm or less from the viewpoint of conductive characteristics.
The volume resistance value can be calculated by multiplying the obtained surface resistance value by the film thickness after measuring the surface resistance value of the conductive film by the four-probe method.

導電膜は基材の全面、または、パターン状に設けられてもよい。パターン状の導電膜は、プリント配線基板などの導体配線(配線)として有用である。
パターン状の導電膜を得る方法としては、上記前駆体膜形成用組成物をパターン状に基材に付与して、熱焼結処理を行う方法や、基材全面に設けられた導電膜をパターン状にエッチングする方法などが挙げられる。
エッチングの方法は特に制限されず、公知のサブトラクティブ法、セミアディティブ法などを採用できる。
The conductive film may be provided on the entire surface of the base material or in a pattern. The patterned conductive film is useful as a conductor wiring (wiring) such as a printed wiring board.
As a method for obtaining a patterned conductive film, the above precursor film-forming composition is applied to a substrate in a pattern and subjected to thermal sintering treatment, or a conductive film provided on the entire surface of the substrate is patterned. And a method of etching into a shape.
The etching method is not particularly limited, and a known subtractive method, semi-additive method, or the like can be employed.

パターン状の導電膜を多層配線基板として構成する場合、パターン状の導電膜の表面に、さらに絶縁層(絶縁樹脂層、層間絶縁膜、ソルダーレジスト)を積層して、その表面にさらなる配線(金属パターン)を形成してもよい。
上記で得られた導電膜を有する基材(導電膜付き基材)は、種々の用途に使用することができる。例えば、プリント配線基板、TFT、FPC、RFIDなどが挙げられる。
When a patterned conductive film is configured as a multilayer wiring board, an insulating layer (insulating resin layer, interlayer insulating film, solder resist) is further laminated on the surface of the patterned conductive film, and further wiring (metal) is formed on the surface. Pattern) may be formed.
The base material (base material with a conductive film) having the conductive film obtained above can be used for various applications. For example, a printed wiring board, TFT, FPC, RFID, etc. are mentioned.

以下、実施例により、本発明について更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited to these.

<実施例1>
以下の導電膜形成用組成物をガラス基板上に塗布(スピンコート)して、ガラス基板上に前駆体膜を製造した。前駆体膜付き基材を窒素雰囲気のグローボックスにいれ、グローボックス内を10mmHgに減圧にした。10分間減圧した後、後述するアルコール濃度測定法により、グローボックス内のアルコール濃度が7体積%であることを確認した。確認後、アルコール濃度を維持したまま、前駆体膜付き基材に対して400℃で20分間熱焼結処理を実施し、導電膜(銅薄膜)を製造した。
<Example 1>
The following composition for forming a conductive film was applied (spin coated) on a glass substrate to produce a precursor film on the glass substrate. The substrate with the precursor film was placed in a glow box in a nitrogen atmosphere, and the inside of the glow box was evacuated to 10 mmHg. After reducing the pressure for 10 minutes, it was confirmed that the alcohol concentration in the glow box was 7% by volume by the alcohol concentration measurement method described later. After the confirmation, while maintaining the alcohol concentration, the substrate with the precursor film was subjected to a heat sintering process at 400 ° C. for 20 minutes to produce a conductive film (copper thin film).

(導電膜形成用組成物)
・銅粒子(三井金属製)(平均粒子径:1.1μm) 1g
・酸化銅粒子(CIKナノテック製)(平均粒子径:50nm) 0.1g
・ポリエチレングリコール(分子量2000、和光純薬製) 0.1g
・エチレングリコール(沸点195℃) 5g
(Composition for forming conductive film)
・ Copper particles (Mitsui Metals) (average particle size: 1.1 μm) 1 g
-Copper oxide particles (manufactured by CIK Nanotech) (average particle size: 50 nm) 0.1 g
・ Polyethylene glycol (molecular weight 2000, Wako Pure Chemical Industries) 0.1g
・ Ethylene glycol (boiling point 195 ° C) 5g

(アルコール濃度測定方法)
減圧環境下にあるグローボックス内の0.2Lの気体をサンプリングした。その気体に窒素を注入して常圧に戻した後、ガスクロマトグラフィー(GC−2014、島津製作所製)を用いて、エチレングリコールを定量した。
サンプリングの方法としては、容積0.2Lの開閉可能な容器を開放状態でグローブボックス内に入れておき、所定の減圧条件にした後、容器を密閉して、グローブボックス内から取り出した。その後、容器に窒素を入れて、常圧に戻し、ガスクロマトグラフィーにて測定を行った。
なお、実施例1では、エチレングリコールの量は1.7×10-1mLであった。これは10mmHgの下では0.012Lに相当することから、アルコール濃度は7体積%と計算される。
(Alcohol concentration measurement method)
0.2 L of gas in a glow box under a reduced pressure environment was sampled. After injecting nitrogen into the gas to return to normal pressure, ethylene glycol was quantified using gas chromatography (GC-2014, manufactured by Shimadzu Corporation).
As a sampling method, an openable / closable container having a volume of 0.2 L was placed in the glove box in an open state, and after a predetermined pressure reduction condition, the container was sealed and taken out from the glove box. Then, nitrogen was put into the container, the pressure was returned to normal pressure, and measurement was performed by gas chromatography.
In Example 1, the amount of ethylene glycol was 1.7 × 10 −1 mL. Since this corresponds to 0.012 L under 10 mmHg, the alcohol concentration is calculated to be 7% by volume.

<実施例2>
エチレングリコールの代わりに、ブタノール(沸点117℃)を使用した以外は、実施例1と同様の手順に従って、導電膜を製造した。
<Example 2>
A conductive film was produced according to the same procedure as in Example 1 except that butanol (boiling point: 117 ° C.) was used instead of ethylene glycol.

<実施例3>
酸化銅粒子の含有量を0.1gから0.2gに変更した以外は、実施例1と同様の手順に従って、導電膜を製造した。
<Example 3>
A conductive film was produced according to the same procedure as in Example 1 except that the content of the copper oxide particles was changed from 0.1 g to 0.2 g.

<実施例4>
酸化銅粒子の含有量を0.1gから0.3gに変更した以外は、実施例1と同様の手順に従って、導電膜を製造した。
<Example 4>
A conductive film was produced according to the same procedure as in Example 1 except that the content of the copper oxide particles was changed from 0.1 g to 0.3 g.

<実施例5>
ポリエチレングリコールの代わりに、ポリビニルピロリドンK60(分子量22万、和光純薬社製)を使用した以外は、実施例1と同様の手順に従って、導電膜を製造した。
<Example 5>
A conductive film was produced according to the same procedure as in Example 1 except that polyvinylpyrrolidone K60 (molecular weight 220,000, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used instead of polyethylene glycol.

<実施例6>
減圧度を10mmHgから50mmHgに変更した以外は、実施例1と同様の手順に従って、導電膜を製造した。
<Example 6>
A conductive film was produced according to the same procedure as in Example 1 except that the degree of vacuum was changed from 10 mmHg to 50 mmHg.

<実施例7>
減圧度を10mmHgから1mmHgに変更した以外は、実施例1と同様の手順に従って、導電膜を製造した。
<Example 7>
A conductive film was produced according to the same procedure as in Example 1 except that the degree of vacuum was changed from 10 mmHg to 1 mmHg.

<実施例8>
減圧度を10mmHgから100mmHgに変更した以外は、実施例1と同様の手順に従って、導電膜を製造した。
<Example 8>
A conductive film was produced according to the same procedure as in Example 1 except that the degree of vacuum was changed from 10 mmHg to 100 mmHg.

<実施例9>
エチレングリコールの使用量を5gから3gに変更した以外は、実施例1と同様の手順に従って、導電膜を製造した。
<Example 9>
A conductive film was produced according to the same procedure as in Example 1 except that the amount of ethylene glycol used was changed from 5 g to 3 g.

<比較例1>
上記減圧処理を実施せずに、熱焼結処理を実施した以外は、実施例1と同様の手順に従って、導電膜を製造した。
<Comparative Example 1>
A conductive film was produced according to the same procedure as in Example 1 except that the thermal sintering treatment was carried out without carrying out the above-mentioned decompression treatment.

<比較例2>
エチレングリコールの代わりに、シクロヘキサノン(沸点156℃)を使用した以外は、実施例1と同様の手順に従って、導電膜を製造した。
<Comparative example 2>
A conductive film was produced according to the same procedure as in Example 1 except that cyclohexanone (boiling point 156 ° C.) was used instead of ethylene glycol.

<比較例3>
上記減圧処理を実施せずに、熱焼結処理を実施した以外は、実施例2と同様の手順に従って、導電膜を製造した。
<Comparative Example 3>
A conductive film was produced according to the same procedure as in Example 2 except that the thermal sintering treatment was carried out without carrying out the above-described decompression treatment.

<比較例4>
エチレングリコールの代わりに、エポキシ樹脂(熱硬化性樹脂、エピコート802 三菱化学製)とノボラック樹脂(硬化剤:PHENOLITE TD−2131)の3:1混合物を使用した以外は、実施例1と同様の手順に従って、導電膜を製造した。
<Comparative example 4>
The same procedure as in Example 1 except that a 3: 1 mixture of epoxy resin (thermosetting resin, Epicoat 802 manufactured by Mitsubishi Chemical) and novolak resin (curing agent: PHENOLITE TD-2131) was used instead of ethylene glycol. In accordance with the above, a conductive film was manufactured.

<比較例5>
エチレングリコールの使用量を5gから2gに変更し、熱焼結処理の温度を400℃から500℃に変更した以外は、実施例1と同様の手順に従って、導電膜を製造した。
<Comparative Example 5>
A conductive film was produced according to the same procedure as in Example 1 except that the amount of ethylene glycol used was changed from 5 g to 2 g and the temperature of the thermal sintering treatment was changed from 400 ° C. to 500 ° C.

(導電性評価)
得られた導電膜に対して、四探針法抵抗率計を用いて体積抵抗率を測定した。
なお、表1中の体積抵抗率は、導電膜の任意の4箇所の体積抵抗率を測定して、それらを算術平均した値である。結果を表1にまとめて示す。
(Conductivity evaluation)
The volume resistivity was measured with respect to the obtained electrically conductive film using the four-probe method resistivity meter.
In addition, the volume resistivity in Table 1 is a value obtained by measuring the volume resistivity at any four locations of the conductive film and arithmetically averaging them. The results are summarized in Table 1.

表1中、「PEO」はポリエチレングリコールを、「PVP」はポリビニルピロリドンを意図する。なお、PEOは、昇温速度10℃/分にて25℃から400℃まで昇温したときの熱重量減少率が80%以上であるが、PVPは80%未満である。   In Table 1, “PEO” means polyethylene glycol and “PVP” means polyvinylpyrrolidone. PEO has a thermal weight reduction rate of 80% or more when the temperature is raised from 25 ° C. to 400 ° C. at a rate of temperature increase of 10 ° C./min, but PVP is less than 80%.

Figure 2014186831
Figure 2014186831

上記表1に示すように、本発明の製造方法より得られる導電膜は優れた導電性を示した。
なかでも、実施例1と2との比較から分かるように、アルコールの沸点が150〜230℃である場合、導電膜の導電特性がより優れることが確認された。
また、実施例3と4との比較から分かるように、前駆体膜中における金属銅粒子の質量Aと酸化銅粒子の質量Bとの比(A/B)とが4以上の場合、導電膜の導電特性がより優れることが確認された。
また、実施例1と5との比較から分かるように、熱重量減少が80%以上を示す熱可塑性樹脂を用いた場合、導電膜の導電特性がより優れることが確認された。
一方、減圧処理を実施しなかった比較例1および3、アルコールを使用しなかった比較例2、並びに、熱硬化性樹脂を使用した比較例4においては、導電膜の導電特性が実施例と比較して劣っていた。さらに、アルコール濃度が所定値以下である比較例5においても、導電膜の導電特性が劣っていた。
As shown in Table 1 above, the conductive film obtained from the production method of the present invention showed excellent conductivity.
In particular, as can be seen from the comparison between Examples 1 and 2, when the boiling point of the alcohol is 150 to 230 ° C., it was confirmed that the conductive properties of the conductive film were more excellent.
Further, as can be seen from the comparison between Examples 3 and 4, when the ratio (A / B) of the mass A of the metal copper particles to the mass B of the copper oxide particles in the precursor film is 4 or more, the conductive film It was confirmed that the conductive properties of the were superior.
Further, as can be seen from a comparison between Examples 1 and 5, it was confirmed that the conductive properties of the conductive film were more excellent when a thermoplastic resin having a thermal weight reduction of 80% or more was used.
On the other hand, in Comparative Examples 1 and 3 in which no decompression treatment was performed, in Comparative Example 2 in which no alcohol was used, and in Comparative Example 4 in which a thermosetting resin was used, the conductive characteristics of the conductive film were compared with those of the Examples. It was inferior. Furthermore, also in the comparative example 5 whose alcohol concentration is below a predetermined value, the conductive properties of the conductive film were inferior.

10 基材
12 前駆体膜
14 導電膜
10 Substrate 12 Precursor film 14 Conductive film

Claims (8)

基板上に、金属銅粒子、熱可塑性樹脂、および、沸点100℃〜230℃のアルコールを少なくとも含有する前駆体膜を形成する工程と、
減圧処理を行い、前記アルコールの濃度が5体積%以上であるアルコール雰囲気となる減圧状態を維持しつつ、前記前駆体膜に対して熱焼結処理を行い、金属銅を含有する導電膜を形成する工程とを有する、導電膜の製造方法。
Forming a precursor film containing at least metal copper particles, a thermoplastic resin, and an alcohol having a boiling point of 100 ° C. to 230 ° C. on a substrate;
A pressure reduction treatment is performed, and while maintaining a reduced pressure state in which the alcohol concentration is 5% by volume or more, a thermal sintering treatment is performed on the precursor film to form a conductive film containing metallic copper. A process for producing a conductive film.
前記前駆体膜に、さらに酸化銅粒子が含まれる、請求項1に記載の導電膜の製造方法。   The manufacturing method of the electrically conductive film of Claim 1 with which a copper oxide particle is further contained in the said precursor film | membrane. 前記熱可塑性樹脂が、昇温速度10℃/分にて25℃から400℃まで昇温したときの熱重量減少率が80%以上である熱可塑性樹脂である、請求項1または2に記載の導電膜の製造方法。   3. The thermoplastic resin according to claim 1, wherein the thermoplastic resin is a thermoplastic resin having a thermal weight reduction rate of 80% or more when the temperature is increased from 25 ° C. to 400 ° C. at a temperature increase rate of 10 ° C./min. Manufacturing method of electrically conductive film. 前記熱可塑性樹脂が、ポリエチレンイミン、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、および、ポリアセタールからなる群から選択される、請求項1〜3のいずれか1項に記載の導電膜の製造方法。   The method for producing a conductive film according to claim 1, wherein the thermoplastic resin is selected from the group consisting of polyethyleneimine, polyethylene oxide, polypropylene oxide, and polyacetal. 前記アルコールの沸点が150〜230℃である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の導電膜の製造方法。   The manufacturing method of the electrically conductive film of any one of Claims 1-4 whose boiling point of the said alcohol is 150-230 degreeC. 前記前駆体膜中における前記金属銅粒子の質量Aと前記酸化銅粒子の質量Bとの比(A/B)が4以上である、請求項2〜5のいずれか1項に記載の導電膜の製造方法。   The electrically conductive film according to any one of claims 2 to 5, wherein a ratio (A / B) of a mass A of the metal copper particles to a mass B of the copper oxide particles in the precursor film is 4 or more. Manufacturing method. 前記減圧処理が、1〜100mmHgにて実施される、請求項1〜5のいずれか1項に記載の導電膜の製造方法。   The manufacturing method of the electrically conductive film of any one of Claims 1-5 by which the said pressure reduction process is implemented at 1-100 mmHg. 前記減圧処理が、1〜50mmHgにて実施される、請求項1〜6のいずれか1項に記載の導電膜の製造方法。   The manufacturing method of the electrically conductive film of any one of Claims 1-6 by which the said pressure reduction process is implemented at 1-50 mmHg.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016088356A1 (en) * 2014-12-02 2016-06-09 セイコーエプソン株式会社 Film-forming ink, film-forming method, film-equipped device, and electronic apparatus

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WO2016088356A1 (en) * 2014-12-02 2016-06-09 セイコーエプソン株式会社 Film-forming ink, film-forming method, film-equipped device, and electronic apparatus

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