JP2015069750A - Conductive paste, method for producing metallic thin film, and metallic thin film - Google Patents

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今橋 聰
Satoshi Imahashi
聰 今橋
小木 浩二
Koji Ogi
浩二 小木
万紀 木南
Kazunori Kinami
万紀 木南
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide conductive paste capable of producing a conductive metallic thin film by a firing method with super heat steam treatment, whose firing temperature can be reduced, and even widely applicable to a base material having no heat resistance.SOLUTION: Provided is conductive paste for super heat steam treatment containing metallic nanoparticles protected with a hydrolyzable protective agent, and also provided is a method for producing a metallic thin film in which a coating film is formed using the conductive paste, and the coating film is subjected to heating treatment with super heat steam to obtain a metallic thin film.

Description

本発明は、特定の金属ナノ粒子を含有する導電性ペーストと、その導電性ペーストを用いて形成した塗膜を過熱水蒸気による加熱処理により製造する導電性に優れる低比抵抗の金属薄膜に関する。   TECHNICAL FIELD The present invention relates to a conductive paste containing specific metal nanoparticles, and a low specific resistance metal thin film excellent in conductivity, which is produced by a heat treatment using superheated steam for a coating film formed using the conductive paste.

近年、金属微粒子分散体を含む導電性ペーストを用いてスクリーン印刷法などの印刷法により所望のパターンを形成し、回路基板における配線等を形成する技術が注目を集めている。   In recent years, a technique of forming a desired pattern by a printing method such as a screen printing method using a conductive paste containing a metal fine particle dispersion and forming a wiring or the like on a circuit board has attracted attention.

導電性ペーストにおいて、金属微粒子としての金属は、銀、銅、ニッケルが一般的に用いられる。銀は、高価であるだけでなく、耐マイグレーション性が悪いため回路の微細化要求が高い場合には重大な欠陥となりうる。ニッケルは導電性が劣る。銅は、安価で、耐マイグレーション性が良いために、導電性ペースト用の金属微粒子として優れた特性を発揮することが期待される。しかし銅は酸化されやすく、できた酸化物は導電性が悪い。導電性銅ペースト製造時や保存時、導電性銅ペーストから銅薄膜形成する際の加熱処理時および銅薄膜保存時に銅表面に形成される酸化層により、導電性が悪くなる。   In the conductive paste, silver, copper, or nickel is generally used as the metal as the metal fine particles. Silver is not only expensive, but also has poor migration resistance, and can be a serious defect when there is a high demand for circuit miniaturization. Nickel has poor conductivity. Since copper is inexpensive and has good migration resistance, it is expected to exhibit excellent characteristics as metal fine particles for conductive paste. However, copper is easily oxidized, and the resulting oxide has poor conductivity. The conductivity deteriorates due to the oxide layer formed on the copper surface at the time of heat treatment when forming a copper thin film from the conductive copper paste and at the time of storage of the copper thin film during production and storage of the conductive copper paste.

銅微粒子を含有する導電性銅ペースト塗膜を還元性雰囲気にて処理する方法が開示されている。良く知られている水素ガス3%含有窒素ガス中での加熱処理(非特許文献1)のほかにも、いくつかの方法が開示されている。例えば、マイクロ波表面波プラズマ処理(特許文献1)では、処理できる塗膜の厚みが2μm以下に制限される。また、ガス状のギ酸および/又はホルムアルデヒドによる処理(特許文献2)では200℃以下の低温で処理できるが、ギ酸ガスおよびホルムアルデヒドガスの毒性や厚い塗膜での処理の困難性が懸念される。   A method for treating a conductive copper paste coating film containing copper fine particles in a reducing atmosphere is disclosed. In addition to the well-known heat treatment in nitrogen gas containing 3% of hydrogen gas (Non-patent Document 1), several methods are disclosed. For example, in the microwave surface wave plasma treatment (Patent Document 1), the thickness of the coating film that can be treated is limited to 2 μm or less. Further, the treatment with gaseous formic acid and / or formaldehyde (Patent Document 2) can be carried out at a low temperature of 200 ° C. or less, but there are concerns about the toxicity of formic acid gas and formaldehyde gas and the difficulty of treatment with a thick coating film.

高エネルギーのパルス光を照射して、基板の温度を上げずに、酸化銅を含有する塗膜のみを加熱して銅被膜を形成するフォトシンタリング法が開示されている。(たとえば、特許文献3)この方法では、室温で短時間に処理できる長所はあるが、照射装置が高価で、しかも基板を損傷しない条件が狭いという問題がある。   There has been disclosed a photosintering method in which only a coating film containing copper oxide is heated to form a copper coating without irradiating high-energy pulse light and raising the temperature of the substrate. (For example, Patent Document 3) Although this method has an advantage that it can be processed at room temperature in a short time, there is a problem that an irradiation apparatus is expensive and conditions for not damaging the substrate are narrow.

さらに、加熱時に加圧して焼成する方法が開示されている。例えば、特許文献4や特許文献5には、導電性微粒子の分散体を熱処理した後、加熱しつつ加圧して導電性膜を形成する方法が開示されている。これらの方法は、コスト的に有利であり、銀粒子では焼結が容易であるが、銅粒子の場合には、加熱加圧時に容易に酸化反応が進み、粒子表面の酸化被膜が焼結を阻害してしまうために、高い導電性を有する膜は得られない。   Furthermore, a method of applying pressure during heating and baking is disclosed. For example, Patent Document 4 and Patent Document 5 disclose a method of forming a conductive film by heat-treating a dispersion of conductive fine particles and then applying pressure while heating. These methods are advantageous in terms of cost and are easy to sinter with silver particles, but in the case of copper particles, the oxidation reaction proceeds easily during heating and pressurization, and the oxide film on the particle surface sinters. Therefore, a film having high conductivity cannot be obtained.

特許文献6では、銅粒子を含有する塗膜の直上に遮蔽物を配置して加熱加圧処理をして銅膜を得る方法が開示されている。この方法では、ある程度は外気中の酸素との反応を抑制できるが、限界があり、しかも遮蔽物がリサイクルできなければ、廃棄物の問題が生じる。   Patent Document 6 discloses a method of obtaining a copper film by placing a shielding object directly on a coating film containing copper particles and subjecting it to heat and pressure treatment. In this method, the reaction with oxygen in the outside air can be suppressed to some extent, but there is a limit, and if the shield cannot be recycled, a problem of waste arises.

特許文献7には、導電粉に銅を使用した導電性ペーストを基材に塗布した後に過熱水蒸気処理をすることにより、大気中で焼成処理をするよりも低酸素状態で、また、空気よりも比熱容量が大きい水蒸気を使用することで、安全にかつ、短時間に加熱焼成することができるので、塗布した金属薄膜の比抵抗を下げることができるという技術が開示されている。   In Patent Document 7, by applying a conductive paste using copper as a conductive powder to a base material and then performing a superheated steam treatment, it is in a lower oxygen state than in a firing treatment in the atmosphere, and more than air. By using water vapor having a large specific heat capacity, heat-firing can be performed safely and in a short time, and thus a technique has been disclosed in which the specific resistance of a coated metal thin film can be reduced.

金属粒子の粒径を低減することによって、金属粒子間の焼成温度を金属バルクの融点に比べて大幅に下げることができることが知られている。金属微粒子の平均粒子径が数nm〜数10nm程度であるとき、バルクの金属よりも融点が著しく降下し、低い温度で粒子同士の融着が起こることを利用し、金属微粒子を低温で焼結させて導電性薄膜を得るものである。   It is known that by reducing the particle size of the metal particles, the firing temperature between the metal particles can be significantly reduced compared to the melting point of the metal bulk. When the average particle size of metal fine particles is about several nanometers to several tens of nanometers, the melting point of the metal particles is significantly lower than that of bulk metal, and the particles are fused at a low temperature. Thus, a conductive thin film is obtained.

銅粒子を含有する銅ペーストにおいて、銅微粒子の粒子径低減による融点低下を生じさせようとした場合、銅微粒子は酸化されやすく、粒径がナノサイズの銅ナノ粒子ではその傾向がさらに顕著となる、との問題に直面する。酸化された銅微粒子では著しく導電性が低下するため、導電性銅ペーストとして用いるためには、分散性を維持しながら酸化を抑制することが大きな課題となっている。   In a copper paste containing copper particles, when trying to cause a melting point decrease due to a reduction in the particle size of the copper fine particles, the copper fine particles are easily oxidized, and the tendency becomes more remarkable in the case of copper nanoparticles having a nano-size particle size. , Face problems with. Since the conductivity of the oxidized copper fine particles is remarkably lowered, it is a big problem to suppress oxidation while maintaining dispersibility in order to use as a conductive copper paste.

このような課題を解決するために保護剤が検討されている。ここで保護剤とは、銅金属への吸着を利用して銅微粒子を被覆することにより、銅微粒子と酸素や水との接触を妨げ、銅微粒子の酸化を防ぐと同時に、銅微粒子相互の凝集を抑制し、分散性を保持する働きがあるものを指す。例えば、窒素原子や酸素原子等のヘテロ原子を分子構造に有する化合物にこのような作用を示すものがある。   In order to solve such problems, protective agents have been studied. Here, the protective agent covers copper fine particles by using adsorption to copper metal, thereby preventing contact between the copper fine particles and oxygen or water, preventing oxidation of the copper fine particles and at the same time aggregating the copper fine particles with each other. Refers to those that have a function of suppressing dispersibility and maintaining dispersibility. For example, some compounds having such a function are present in compounds having a heteroatom such as a nitrogen atom or an oxygen atom in the molecular structure.

また、このような保護剤で被覆した銅微粒子を含む分散体を用いて導電性パターンを形成する場合には、良好な導電性を確保するためには、銅微粒子に吸着している保護剤を分解および/または脱離させ、銅微粒子相互を十分に接触させて融着を促す必要がある。しかしながら、これまで、保護剤の分解性や脱離性に関してあまり考慮なされておらず、焼成工程で脱保護が十分に進行せず、形成した配線が良好な導電性を確保できない場合がある。   In addition, when forming a conductive pattern using a dispersion containing copper fine particles coated with such a protective agent, in order to ensure good conductivity, a protective agent adsorbed on the copper fine particles is used. It is necessary to decompose and / or desorb and bring the copper fine particles into sufficient contact with each other to promote fusion. However, until now, much consideration has not been given to the decomposability and detachability of the protective agent, and deprotection does not proceed sufficiently in the firing step, and the formed wiring may not be able to ensure good conductivity.

銅微粒子に吸着して被覆したポリマー保護剤を、焼成時に脱保護させて、導電性を向上させる技術が開示されている。例えば、特許文献8は、ポリアルキレンイミン類等のポリマーを保護剤とする金属ナノ粒子と、脱保護剤として脂肪族モノカルボン酸とを含有する導電性ペーストを開示している。金属ナノ粒子表面を被覆していた保護剤が、焼成時に脱保護剤の作用により脱離して金属表面が露出して、比較的低温で金属ナノ粒子がお互いに焼結を起こすという。ただし、脱保護剤の作用は常温でも少しずつ起こるために、導電性ペーストの保存安定性の悪化の懸念がある。   A technique for improving the conductivity by deprotecting a polymer protective agent adsorbed and coated on copper fine particles during firing has been disclosed. For example, Patent Document 8 discloses a conductive paste containing metal nanoparticles using a polymer such as polyalkyleneimines as a protective agent and an aliphatic monocarboxylic acid as a deprotecting agent. The protective agent that coats the surface of the metal nanoparticles is desorbed by the action of the deprotecting agent during firing to expose the metal surface, and the metal nanoparticles are sintered together at a relatively low temperature. However, since the action of the deprotecting agent occurs little by little even at room temperature, there is a concern that the storage stability of the conductive paste may deteriorate.

特許文献9では、熱分解性または紫外線分解性の保護剤を用いることを開示している。しかし、特殊な構造のポリマーを使用しなければならないという懸念がある。特許文献10では、脱保護剤として光酸発生剤や光塩基発生剤を使用することを提案している。また、特許文献11では、タンパク質保護剤で被覆した金属微粒子に対して、脱保護剤としてタンパク質分解酵素の使用を提案している。これらはいずれもプロセス条件などの点で、実用性に問題がある。   Patent Document 9 discloses the use of a heat-decomposable or ultraviolet-degradable protective agent. However, there is a concern that a specially structured polymer must be used. Patent Document 10 proposes to use a photoacid generator or a photobase generator as a deprotecting agent. Patent Document 11 proposes the use of a proteolytic enzyme as a deprotecting agent for metal fine particles coated with a protein protecting agent. All of these have problems in practicality in terms of process conditions.

特開2010−192841号公報JP 2010-192841 A 国際公開第2011/034016号パンフレットInternational Publication No. 2011/0334016 Pamphlet 国際公開第2006/071419号パンフレットInternational Publication No. 2006/071419 Pamphlet 特開2005−177710号公報JP 2005-177710 A 特開2008−124446号公報JP 2008-124446 A 特開2010−146734号公報JP 2010-146734 A 特許第4853590号明細書Japanese Patent No. 4835590 特許第4835810号明細書Japanese Patent No. 4835810 特開2009−170419号公報JP 2009-170419 A 特開2013−10977号公報JP 2013-10977 A 特開2005−89597号公報JP 2005-89597 A

中許ほか、「新規銅ナノ粒子ペーストによる電子回路形成」、MES2006第16回マイクロエレクトロニクスシンポジウム論文集、2006年10月、p.51Nakagomi et al., “Electronic circuit formation with new copper nanoparticle paste”, MES 2006 16th Microelectronics Symposium Proceedings, October 2006, p. 51

本発明は、かかる従来技術の課題を背景になされたものである。すなわち、本発明の目的は、過熱水蒸気処理による焼成方法で導電性の金属薄膜を製造でき、かつ焼成温度を下げることが可能で、耐熱性を有しない基材にも広く適用することができる導電性ペーストを提供することにある。   The present invention has been made against the background of such prior art problems. That is, an object of the present invention is to provide a conductive metal thin film that can be produced by a baking method using a superheated steam treatment, that can lower the baking temperature, and that can be widely applied to substrates that do not have heat resistance. Is to provide a sex paste.

本発明者は、かかる目的を達成するために鋭意検討した結果、以下の手段により上記課題を解決できることを見出し、本発明に到達した。すなわち本発明は、
(1) 加水分解性保護剤で保護された金属ナノ粒子を含有する、過熱水蒸気処理用導電性ペースト。
(2) 前記加水分解性保護剤がタンパク質であることを特徴とする(1)に記載の導電性ペースト。
(3) 前記金属ナノ粒子が、銅、銅酸化物、銅錯体のいずれか一種以上からなる粒子を含有することを特徴とする(1)または(2)に記載の導電性ペースト。
(4) 前記過熱水蒸気処理における加熱処理温度が200℃以上であることを特徴とする(1)〜(3)のいずれかに記載の導電性ペースト。
(5) (1)〜(4)のいずれかに記載の導電性ペーストを用いて塗膜を形成し、次いで該塗膜に過熱水蒸気による加熱処理を行って金属薄膜を得る、金属薄膜の製造方法。
(6) (5)の製造方法によって製造された金属薄膜。
As a result of intensive studies to achieve this object, the present inventor has found that the above-mentioned problems can be solved by the following means, and has reached the present invention. That is, the present invention
(1) A conductive paste for superheated steam treatment containing metal nanoparticles protected with a hydrolyzable protective agent.
(2) The conductive paste according to (1), wherein the hydrolyzable protective agent is a protein.
(3) The conductive paste according to (1) or (2), wherein the metal nanoparticle contains particles made of at least one of copper, copper oxide, and copper complex.
(4) The conductive paste according to any one of (1) to (3), wherein a heat treatment temperature in the superheated steam treatment is 200 ° C. or higher.
(5) Production of a metal thin film, wherein a coating film is formed using the conductive paste according to any one of (1) to (4), and then the coating film is heated with superheated steam to obtain a metal thin film. Method.
(6) A metal thin film produced by the production method of (5).

本発明の導電性ペーストおよび本発明の金属薄膜の製造方法を用いることにより、過熱水蒸気処理による焼成方法で導電性の金属薄膜を製造でき、かつ焼成温度を下げることが可能で、耐熱性を有しない基材にも広く適用することができる導電性ペーストを提供することができる。   By using the conductive paste of the present invention and the method for producing a metal thin film of the present invention, a conductive metal thin film can be produced by a firing method by superheated steam treatment, the firing temperature can be lowered, and heat resistance is ensured. Thus, it is possible to provide a conductive paste that can be widely applied to a substrate that does not.

以下、本発明について詳細に説明する。
本発明では、保護剤で保護された金属ナノ粒子を含有する導電性ペーストを用いて形成した塗膜を、過熱水蒸気による加熱処理により、導電性の極めて優れた金属薄膜を得ることができる。加水分解性保護剤はタンパク質類であり、前記塗膜は金属ナノ粒子分散液を絶縁基板上に塗布または印刷したものであることが好ましい。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
In the present invention, an extremely conductive metal thin film can be obtained by subjecting a coating film formed using a conductive paste containing metal nanoparticles protected with a protective agent to heat treatment with superheated steam. It is preferable that the hydrolyzable protective agent is a protein, and the coating film is obtained by applying or printing a metal nanoparticle dispersion on an insulating substrate.

本発明において、過熱水蒸気によって加熱処理をすることにより処理雰囲気は無酸素状態または低酸素状態となり、銅ナノ粒子のように空気中で酸化が起こりやすい金属微粒子であっても熱処理工程で酸化されることを抑制することができる。その結果、酸化による導電性の悪化が起こり難い。   In the present invention, the heat treatment with superheated steam makes the treatment atmosphere oxygen-free or low-oxygen, and even metal fine particles that easily oxidize in the air, such as copper nanoparticles, are oxidized in the heat treatment step. This can be suppressed. As a result, the deterioration of conductivity due to oxidation hardly occurs.

本発明においては、金属ナノ粒子を含有する導電性ペーストを用いて形成される塗膜に過熱水蒸気による加熱処理を施すことによって、金属薄膜を製造する。前記塗膜は金属ナノ粒子を含有する導電性ペーストを絶縁基板上に塗布または印刷したものであることが好ましい。   In this invention, a metal thin film is manufactured by performing the heat processing by superheated steam to the coating film formed using the electrically conductive paste containing a metal nanoparticle. It is preferable that the coating film is obtained by applying or printing a conductive paste containing metal nanoparticles on an insulating substrate.

本発明の金属ナノ粒子含有導電性ペーストは、金属ナノ粒子を分散質とし、分散媒中に分散させたものであり、必要によりバインダー樹脂を含んでもよい。   The metal nanoparticle-containing conductive paste of the present invention is obtained by dispersing metal nanoparticles in a dispersion medium and may contain a binder resin if necessary.

本発明に用いられる金属ナノ粒子の平均粒径は1nm以上、1000nm以下が好ましく、1nm以上、100nm以下であることがより好ましい。平均粒径の測定は、透過電子顕微鏡、電界放射型透過電子顕微鏡、電界放射型走査電子顕微鏡のいずれかにより粒子100個の粒子径を測定して平均値をもとめる方法による。   The average particle diameter of the metal nanoparticles used in the present invention is preferably 1 nm or more and 1000 nm or less, and more preferably 1 nm or more and 100 nm or less. The average particle diameter is measured by measuring the particle diameter of 100 particles using any one of a transmission electron microscope, a field emission transmission electron microscope, and a field emission scanning electron microscope to obtain an average value.

金属ナノ粒子の平均粒径が大きいと、金属ナノ粒子の融点降下現象は期待できないために、低温での焼結ができない。また、導電性ペーストでの金属ナノ粒子の沈降を生じたり、微細回路の印刷適性が劣ったりする。平均粒径の下限は特に限定されないが、金属ナノ粒子の経済性の制限や、安定な分散物を得るためには多量の保護剤や分散媒を必要とするため、高導電性の金属薄膜を得ることが困難になる場合がある。本発明で用いる金属ナノ粒子は異なる粒径の物を混合して使用してもかまわない。   If the average particle size of the metal nanoparticles is large, the melting point lowering phenomenon of the metal nanoparticles cannot be expected, so that sintering at a low temperature cannot be performed. Moreover, sedimentation of the metal nanoparticles in the conductive paste occurs, and the printability of the fine circuit is inferior. The lower limit of the average particle size is not particularly limited, but a large amount of protective agent and dispersion medium are required to limit the economic efficiency of metal nanoparticles and obtain a stable dispersion. It may be difficult to obtain. The metal nanoparticles used in the present invention may be used by mixing different particle sizes.

本発明で使用する金属ナノ粒子としては、加熱処理によってナノ粒子間が融着するものでも、融着しないものでも、いずれも使用可能である。本発明で使用する金属ナノ粒子に用いられる金属の種類としては、銅、ニッケル、コバルト、銀、白金、金、モリブデン、チタン等が挙げることができ、特に銅が好ましい。また、本発明における金属ナノ粒子は、金属、金属酸化物、金属錯体および金属合金のいずれか一種以上からなる粒子を含有するものであり、銅ナノ粒子、銅酸化物ナノ粒子、銅錯体ナノ粒子のいずれかを一つ以上を含有する粒子が特に好ましい。また、表面の一部または全部が金属、金属酸化物、金属錯体および金属合金で被覆された金属ナノ粒子、異種の金属を積層した構造のもの、有機物あるいは無機物に金属めっきを施したものでもかまわない。これらの金属ナノ粒子は、市販品を用いてもよいし、公知の方法を用いて調製することも可能である。   As the metal nanoparticles used in the present invention, either metal nanoparticles fused by heat treatment or those not fused can be used. As a kind of metal used for the metal nanoparticle used by this invention, copper, nickel, cobalt, silver, platinum, gold | metal | money, molybdenum, titanium etc. can be mentioned, Especially copper is preferable. Moreover, the metal nanoparticles in the present invention contain particles composed of one or more of metals, metal oxides, metal complexes, and metal alloys, and include copper nanoparticles, copper oxide nanoparticles, and copper complex nanoparticles. Particles containing one or more of these are particularly preferred. In addition, metal nanoparticles with a part or all of the surface covered with metal, metal oxide, metal complex and metal alloy, a structure in which different kinds of metals are laminated, or organic or inorganic materials plated with metal may be used. Absent. A commercial item may be used for these metal nanoparticles, and it can also be prepared using a well-known method.

本発明で使用される保護剤とは、金属への吸着を利用して金属ナノ微粒子を被覆することにより、金属ナノ微粒子と酸素や水との接触を妨げ、金属ナノ微粒子の酸化を防ぐと同時に、金属ナノ微粒子相互の凝集を抑制し、分散性を保持する働きがあるものを指す。例えば、窒素原子や酸素原子等のヘテロ原子を分子構造に有する化合物にこのような作用を示すものがある。   The protective agent used in the present invention is to coat metal nanoparticles using adsorption to metal, thereby preventing contact between metal nanoparticles and oxygen or water, and at the same time preventing oxidation of metal nanoparticles. , Refers to those that have the function of suppressing the aggregation of metal nanoparticles and maintaining the dispersibility. For example, some compounds having such a function are present in compounds having a heteroatom such as a nitrogen atom or an oxygen atom in the molecular structure.

本発明における加水分解性保護剤とは、前述した保護剤としての機能を発揮しつつ、さらに、加水分解性を有するものを指す。本発明の加水分解性保護剤に要求される加水分解性とは、過熱水蒸気による加熱処理中に、金属ナノ粒子表面で加水分解により低分子へ分解するものを指す。加水分解性保護剤の存在下で金属ナノ粒子の製造工程や導電性ペーストの製造工程を行うことも可能であるが、そのような場合には、それらの工程に耐える程度の耐加水分解性を有する加水分解性保護剤を選択することが必要である。必要な加水分解性の程度は、過熱水蒸気による焼成温度のほかに、これらの工程での酸性度、塩基性度、温度などの条件にも依存する。   The hydrolyzable protective agent in the present invention refers to those having hydrolyzability while exhibiting the function as the above-described protective agent. The hydrolyzability required for the hydrolyzable protective agent of the present invention refers to a substance that decomposes into low molecules by hydrolysis on the surface of metal nanoparticles during heat treatment with superheated steam. It is possible to carry out the metal nanoparticle production process and the conductive paste production process in the presence of a hydrolyzable protective agent. It is necessary to select a hydrolyzable protective agent that has. The necessary degree of hydrolyzability depends on conditions such as acidity, basicity, and temperature in these steps, in addition to the firing temperature with superheated steam.

加水分解性の保護剤としては、金属ナノ粒子表面に吸着し易い窒素原子や酸素原子等のヘテロ原子を有する化学構造を含有する化合物が好ましく、タンパク質、セルロース誘導体、天然高分子が例として挙げられる。この中で、特にカルボキシル基やアミノ基を含有し、主鎖がアミド結合(ペプチド結合)であるタンパク質が好ましく、ゼラチン、カゼイン、カゼインソーダ、カゼイン酸アンモニウムなどが例として挙げられる。   The hydrolyzable protective agent is preferably a compound containing a chemical structure having a hetero atom such as a nitrogen atom or an oxygen atom that is easily adsorbed on the surface of the metal nanoparticle, and examples thereof include proteins, cellulose derivatives, and natural polymers. . Among these, proteins containing a carboxyl group or an amino group and having an amide bond (peptide bond) as the main chain are preferred, and examples thereof include gelatin, casein, casein soda, and ammonium caseinate.

本発明の導電性ペーストにおいて、保護剤の加水分解反応を促進させるために、酸性物質を含有させることができ、有機酸、無機酸、およびそれらの前駆体を例として挙げることができる。酸前駆体としては、焼成時の熱により酸性物質を生成する熱酸発生剤が好ましい。熱酸発生剤の例として、ピリジミウム誘導体、スルホニウム誘導体、スルホン酸エステルなどが挙げることができる。また、本発明の導電性ペーストにおいて、保護剤の加水分解反応を促進させるために、塩基性物質を含有させることができ、有機塩基、無機塩基、およびそれらの前駆体を例として挙げることができる。塩基前駆体としては、焼成時の熱により塩基性物質を生成する熱塩基発生剤が好ましい。熱塩基発生剤の例として、カルバメート誘導体、グアニジン誘導体などを挙げることができる。   In the conductive paste of the present invention, an acidic substance can be contained in order to promote the hydrolysis reaction of the protective agent, and examples thereof include organic acids, inorganic acids, and precursors thereof. As an acid precursor, the thermal acid generator which produces | generates an acidic substance with the heat | fever at the time of baking is preferable. Examples of the thermal acid generator include pyridinium derivatives, sulfonium derivatives, sulfonic acid esters and the like. Further, in the conductive paste of the present invention, a basic substance can be contained in order to promote the hydrolysis reaction of the protective agent, and examples include organic bases, inorganic bases, and precursors thereof. . As the base precursor, a thermal base generator that generates a basic substance by heat during firing is preferable. Examples of thermal base generators include carbamate derivatives and guanidine derivatives.

本発明の導電性ペーストには還元剤を含有させることができる。還元剤とは金属の酸化物、水酸化物、または塩等の金属化合物を金属に還元する能力を有するものを言う。還元剤としては、例えば、水素化ホウ素ナトリウム、水素化ホウ素リチウム、ヒドラジン類、ホルマリンやアセトアルデヒド等のアルデヒド類、亜硫酸塩類、蟻酸、蓚酸、コハク酸、アスコルビン酸等のカルボン酸類あるいはラクトン類、エタノール、ブタノール、オクタノール等の脂肪族モノアルコール類、ターピネオール等の脂環族モノアルコール類等のモノアルコール類、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、グリセリン、トリメチロールプロパン等の多価アルコール類、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等のポリエーテル類、ジエタノールアミンやモノエタノールアミン等のアルカノールアミン類、ハイドロキノン、レゾルシノール、ブドウ糖、あるいはクエン酸ナトリウム等が挙げられる。還元剤あるいは還元剤分解物の金属薄層への残留は、得られた金属薄層の導電性や絶縁基板との接着性等の特性の悪化を生じることがある。そのため、還元剤は過熱水蒸気処理により蒸発揮散するものが望ましい。また、金属微粒子分散体の塗布層を過熱水蒸気処理する際、還元剤が塗布層に残留していることが望ましい。そのため、還元剤が液状揮発性物質の場合は沸点が150℃以上であることが望ましい。本発明の還元剤としてはアルコール類や多価アルコール類が望ましい。本発明の還元剤は具体的な好ましい例としては、ターピネオール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、アスコルビン酸、レゾルシノール等を挙げることができる。   The conductive paste of the present invention can contain a reducing agent. A reducing agent means what has the capability to reduce | restore metal compounds, such as a metal oxide, a hydroxide, or a salt, to a metal. Examples of the reducing agent include sodium borohydride, lithium borohydride, hydrazines, aldehydes such as formalin and acetaldehyde, sulfites, formic acid, succinic acid, carboxylic acids such as succinic acid and ascorbic acid, or lactones, ethanol, Aliphatic monoalcohols such as butanol and octanol, monoalcohols such as alicyclic monoalcohols such as terpineol, polyhydric alcohols such as ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, dipropylene glycol, glycerin and trimethylolpropane, Polyethers such as polyethylene glycol and polypropylene glycol, alkanolamines such as diethanolamine and monoethanolamine, hydroquinone, resorcinol, glucose, or Sodium citrate, and the like. Residue of the reducing agent or the reducing agent decomposition product on the metal thin layer may cause deterioration of properties such as conductivity of the obtained metal thin layer and adhesion to the insulating substrate. Therefore, it is desirable that the reducing agent is evaporated by superheated steam treatment. In addition, when the coating layer of the metal fine particle dispersion is subjected to the superheated steam treatment, it is desirable that the reducing agent remains in the coating layer. Therefore, when the reducing agent is a liquid volatile substance, the boiling point is desirably 150 ° C. or higher. As the reducing agent of the present invention, alcohols and polyhydric alcohols are desirable. Specific preferred examples of the reducing agent of the present invention include terpineol, ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, dipropylene glycol, ascorbic acid, resorcinol and the like.

本発明の導電性ペーストは通常、加水分解性保護剤で保護された金属ナノ粒子と溶剤から成る。溶剤としては、加水分解性保護剤で保護された金属ナノ粒子が分散状態で安定に存在できる溶剤であれば特に限定されず、アルコール、エーテル、ケトン、エステル、芳香族炭化水素、アミド等が挙げられる。金属微粒子100重量部に対し、20〜400重量部の範囲の溶剤を配合するが好ましい。さらに、3〜15重量部の範囲でバインダーを配合することもできる。   The conductive paste of the present invention usually comprises metal nanoparticles protected with a hydrolyzable protective agent and a solvent. The solvent is not particularly limited as long as the metal nanoparticles protected with the hydrolyzable protective agent can stably exist in a dispersed state, and examples thereof include alcohols, ethers, ketones, esters, aromatic hydrocarbons, amides, and the like. It is done. A solvent in the range of 20 to 400 parts by weight is preferably blended with 100 parts by weight of the metal fine particles. Furthermore, a binder can also be mix | blended in 3-15 weight part.

本発明の導電性ペーストに使用される溶剤は、バインダーを用いる場合には、そのバインダーを溶解するものから選ぶことが好ましく、有機化合物であっても水であってもよい。溶剤は、導電性ペースト中で金属ナノ粒子を分散させる役割に加えて、導電性ペーストの粘度を調整する役割がある。バインダーを用いる場合の溶剤として好適に用いられる有機溶剤の例として、アルコール、エーテル、ケトン、エステル、芳香族炭化水素、アミド等が挙げられる。   In the case of using a binder, the solvent used in the conductive paste of the present invention is preferably selected from those that dissolve the binder, and may be an organic compound or water. The solvent has a role of adjusting the viscosity of the conductive paste in addition to the role of dispersing the metal nanoparticles in the conductive paste. Examples of the organic solvent suitably used as a solvent in the case of using a binder include alcohol, ether, ketone, ester, aromatic hydrocarbon, amide and the like.

本発明の導電性ペーストに使用できるバインダーとしては、ポリエステル、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリエーテル、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリイミドおよびアクリル等を挙げることができる。   Examples of the binder that can be used in the conductive paste of the present invention include polyester, polyurethane, polycarbonate, polyether, polyamide, polyamideimide, polyimide, and acrylic.

本発明の導電性ペーストがバインダーを含有するものである場合には、必要に応じ、バインダーに対して反応性を有する硬化剤を配合しても良い。本発明の導電性ペーストに使用できる硬化剤としては、フェノール樹脂、アミノ樹脂、イソシアネート化合物、エポキシ樹脂等を挙げることができる。硬化剤の使用量はバインダー樹脂の1〜100重量%の範囲が好ましく、塗膜の密着性や表面硬度を向上させる効果が発揮される場合がある。   When the electrically conductive paste of this invention contains a binder, you may mix | blend the hardening | curing agent which has reactivity with respect to a binder as needed. Examples of the curing agent that can be used in the conductive paste of the present invention include phenol resins, amino resins, isocyanate compounds, and epoxy resins. The amount of the curing agent used is preferably in the range of 1 to 100% by weight of the binder resin, and the effect of improving the adhesion and surface hardness of the coating film may be exhibited.

本発明に用いられる加水分解性保護剤で保護された金属ナノ粒子は、加水分解性保護剤と金属ナノ粒子を接触させることで製造することができる。例えば、液相に分散した金属ナノ粒子に対して、加水分解性保護剤を加えて混合する方法が挙げられる。ただ、上記方法では、酸素や水の影響を防止するために高価で複雑な装置が必要となり、工業的に問題がある。よって、金属ナノ粒子を合成する際に同時に加水分解性保護剤と接触させる方法が好ましい。   The metal nanoparticles protected with the hydrolyzable protective agent used in the present invention can be produced by bringing the hydrolyzable protective agent and the metal nanoparticles into contact with each other. For example, a method of adding and mixing a hydrolyzable protective agent to metal nanoparticles dispersed in a liquid phase can be mentioned. However, the above method requires an expensive and complicated apparatus to prevent the influence of oxygen and water, and has an industrial problem. Therefore, a method of contacting the metal nanoparticles with a hydrolyzable protective agent at the same time is preferable.

本発明の加水分解性保護剤で保護された金属ナノ粒子を得る方法において、金属ナノ粒子の合成には特に制限はなく、公知のいずれの方法も使用できるが、加水分解性保護剤と金属ナノ粒子前駆体を混合した後に、金属ナノ粒子を還元析出させる方法が好ましい。析出した金属ナノ粒子は溶剤に再分散させて、必要に応じて添加剤を混合することによって、導電性ペーストを製造することができる。   In the method for obtaining metal nanoparticles protected with the hydrolyzable protective agent of the present invention, the synthesis of the metal nanoparticles is not particularly limited, and any known method can be used. A method of reducing and depositing metal nanoparticles after mixing the particle precursor is preferred. The deposited metal nanoparticles can be redispersed in a solvent, and an additive can be mixed as necessary to produce a conductive paste.

本発明における加水分解性保護剤は、前記金属ナノ粒子に対し不揮発分質量換算で1〜5%の範囲となるように調製することが好ましい。このような範囲とすることにより、金属ナノ粒子表面が湿気や酸素に接触することなく、さらには金属ナノ粒子が自己融着することなく、過不足なしに十分な保護が行えるとともに、また過熱水蒸気処理の処理温度や処理時間の条件を厳しくする必要がない、との効果を発揮する点で好ましい。   The hydrolyzable protective agent in the present invention is preferably prepared so as to be in the range of 1 to 5% in terms of non-volatile content with respect to the metal nanoparticles. With such a range, the surface of the metal nanoparticles does not come into contact with moisture or oxygen, and the metal nanoparticles do not self-fuse, so that sufficient protection can be achieved without excess and deficiency, and superheated steam This is preferable in that it is not necessary to make the conditions of the processing temperature and processing time strict.

本発明の導電性ペーストを用いて塗膜を形成するには、導電性ペーストを絶縁基板に塗布あるいは印刷する場合に用いられる一般的な方法を用いることができる。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、ロールコート法、ダイコート法、インクジェット法、凸版印刷法、凹版印刷法等の方法によって本発明の導電性ペーストを塗布または印刷し、次いで風乾、加熱あるいは減圧等により分散媒の少なくとも一部を蒸発させることにより、塗膜を形成することができる。塗膜は絶縁基板上に全面に設けられたものでも部分的に設けられたものでもよく、また導電回路等のパターン形成物でもかまわない。   In order to form a coating film using the conductive paste of the present invention, a general method used when applying or printing the conductive paste on an insulating substrate can be used. For example, the conductive paste of the present invention is applied or printed by a method such as a screen printing method, a dip coating method, a spray coating method, a spin coating method, a roll coating method, a die coating method, an ink jet method, a relief printing method, an intaglio printing method, Next, the coating film can be formed by evaporating at least a part of the dispersion medium by air drying, heating, or reduced pressure. The coating film may be provided on the entire surface of the insulating substrate or may be provided partially, or may be a pattern formed product such as a conductive circuit.

本発明の金属薄膜の厚みは、電気抵抗や接着性等の必要特性にあわせて適宜設定することができ、特に限定されない。導電性ペーストの組成や塗布または印刷の方法により、形成可能な金属薄膜の厚みの範囲は異なるが、0.05〜20μmが好ましく、より好ましくは0.1〜15μm、さらに好ましくは0.2〜10μmである。厚い金属薄膜を得るためには塗膜を厚くする必要があり、溶剤の残留による弊害や塗膜形成速度を低速化する必要が生じる等の経済性の悪化が起こりやすい。一方、塗膜が薄すぎると、ピンホールの発生が顕著になる傾向がある。   The thickness of the metal thin film of the present invention can be appropriately set according to necessary characteristics such as electric resistance and adhesiveness, and is not particularly limited. Although the range of the thickness of the metal thin film that can be formed varies depending on the composition of the conductive paste and the method of application or printing, it is preferably 0.05 to 20 μm, more preferably 0.1 to 15 μm, still more preferably 0.2 to 10 μm. In order to obtain a thick metal thin film, it is necessary to increase the thickness of the coating film, which is likely to cause economic deterioration such as an adverse effect due to residual solvent and a need to reduce the coating film forming speed. On the other hand, if the coating film is too thin, the occurrence of pinholes tends to be significant.

本発明の金属薄膜の形成に際し、重ね刷りや多層印刷を行なうことが可能である。ここで、重ね刷りとは、同じパターンを多数回重ねて印刷することを指し、これにより金属薄膜の厚さを増すことができ、あるいはアスペクト比(膜厚と線幅の比)の高い金属薄膜を得ることができる。また、多層印刷とは、異なるパターンを重ねて印刷することを指し、これにより層ごとに異なる機能を発揮させることができる。部分的に重ね刷りおよび/または多層印刷を行なうこと、また重ね刷りと多層印刷を複合的に行うことも差し支えない。また、本発明の金属薄膜とは異なる薄膜、例えば絶縁層との多層印刷を行うことも可能である。   When forming the metal thin film of the present invention, it is possible to perform overprinting or multilayer printing. Here, overprinting refers to printing the same pattern a number of times, thereby increasing the thickness of the metal thin film or having a high aspect ratio (ratio of film thickness to line width). Can be obtained. Multi-layer printing refers to printing different patterns in a superimposed manner, whereby different functions can be exhibited for each layer. Partial overprinting and / or multilayer printing may be performed, and overprinting and multilayer printing may be performed in combination. It is also possible to perform multilayer printing with a thin film different from the metal thin film of the present invention, such as an insulating layer.

本発明の導電性ペーストを用いて塗膜を形成し、次いで該塗膜に過熱水蒸気による加熱処理を行なうことにより、金属薄膜を製造することができる。過熱水蒸気とは、飽和水蒸気に二次的なエネルギーを加えることによって数百度まで加熱した高温蒸気のことである。過熱水蒸気は同じ温度の空気と比べて約4倍の熱容量を持っており、過熱水蒸気を用いて加熱すると短時間で物質を加熱することが知られている。塗布後、乾燥工程無しで過熱水蒸気処理を行うと、塗膜中に含まれている揮発性成分の突沸が起こり塗膜の均質性が悪化する場合がある。乾燥処理と過熱蒸気処理は連続して行っても、間に他の処理を挟んで行ってもよい。乾燥処理と過熱水蒸気処理の間に挟む処理としては、例えば塗膜に還元剤を付与する処理を挙げることができる。この場合、塗膜には予め還元剤が含有されていても含有されていなくてもよく、含有されている場合には同種のもの、異種のものおよび同種のものと異種のものの混合物のいずれとすることも可能である。塗膜に還元剤を付与する処理により、塗膜の体積抵抗率の低下、過熱処理温度の低下、過熱処理時間の短縮、といった効果が発揮される場合がある。   A metal thin film can be produced by forming a coating film using the conductive paste of the present invention and then subjecting the coating film to heat treatment with superheated steam. Superheated steam is high-temperature steam heated to several hundred degrees by adding secondary energy to saturated steam. Superheated steam has a heat capacity approximately four times that of air at the same temperature, and it is known that when heated with superheated steam, the substance is heated in a short time. When the superheated steam treatment is performed without applying a drying step after coating, the volatile components contained in the coating film may bump out and the uniformity of the coating film may deteriorate. The drying process and the superheated steam process may be performed continuously or may be performed with another process interposed therebetween. Examples of the process sandwiched between the drying process and the superheated steam process include a process of applying a reducing agent to the coating film. In this case, the coating film may or may not contain a reducing agent in advance, and if it is contained, any of the same type, different type, and a mixture of the same type and different type It is also possible to do. By the treatment of applying a reducing agent to the coating film, effects such as a decrease in volume resistivity of the coating film, a decrease in overheat treatment temperature, and a decrease in overheat treatment time may be exhibited.

本発明の導電性ペースを用いて形成された塗膜において、金属ナノ粒子は加水分解性保護剤で保護されている。塗膜に過熱水蒸気による加熱処理を行うと、高温での過熱水蒸気中の水の作用により、金属ナノ粒子表面の加水分解性保護剤が加水分解して低分子となって脱離し、一部は揮散して、金属ナノ粒子表面が露出する。そのために、金属ナノ粒子同士が融着しやすくなり、導電性の優れた金属膜を得ることができる。   In the coating film formed using the conductive pace of the present invention, the metal nanoparticles are protected with a hydrolyzable protective agent. When the coating is heated with superheated steam, the hydrolyzable protective agent on the surface of the metal nanoparticles is hydrolyzed and desorbed as low molecules due to the action of water in the superheated steam at high temperature, Volatilizes to expose the metal nanoparticle surface. Therefore, metal nanoparticles can be easily fused together, and a metal film having excellent conductivity can be obtained.

本発明において、過熱水蒸気としてアルコール化合物を含有する過熱水蒸気を用いることができる。過熱水蒸気に含有させるアルコール化合物はメタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール等の脂肪族モノアルコール、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル等の脂肪族ジオールのモノアルキルエーテル、シクロヘキサノール、テルピネオール等の脂環族モノアルコール等のモノアルコール化合物、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ブタンジオール等の脂肪族ジオール、シクロヘキサンジメタノール等の脂環族ジオール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等の多価アルコール化合物、あるいは酒石酸、ヒドロキシ酪酸、リンゴ酸等のヒドロキシカルボン酸が挙げられる。これらのうち、メタノール、エタノール、エチレングリコール、プロピレングリコールが好ましい。   In the present invention, superheated steam containing an alcohol compound can be used as superheated steam. Alcohol compounds to be included in superheated steam are aliphatic monoalcohols such as methanol, ethanol, 1-propanol and 2-propanol, monoalkyls of aliphatic diols such as ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether and propylene glycol monomethyl ether Monoalcohol compounds such as ether, cyclohexanol, terpineol, and other alicyclic monoalcohols, aliphatic diols such as ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, and butanediol, alicyclic diols such as cyclohexanedimethanol, glycerin, and trimethylolpropane And polyhydric alcohol compounds such as pentaerythritol, and hydroxycarboxylic acids such as tartaric acid, hydroxybutyric acid and malic acid. Of these, methanol, ethanol, ethylene glycol, and propylene glycol are preferred.

アルコール化合物を含有する過熱水蒸気を作る方法としては、例えば、水にアルコール化合物を溶解させた溶液の飽和蒸気を加熱する方法、アルコール化合物と水の夫々の飽和蒸気を混合加熱する方法が挙げられる。過熱水蒸気中のアルコール化合物の含有率は化合物の種類により最適範囲は異なるが、0.01〜20重量%の範囲で用いることが好ましい。アルコール化合物の含有率が0.01重量%未満では導電性改善効果が見られず、20重量%を超えるとバインダー樹脂の溶解や分解が顕著に起こることがある。より好ましい範囲は0.1〜5重量%である。   Examples of a method for producing superheated steam containing an alcohol compound include a method of heating saturated steam of a solution in which an alcohol compound is dissolved in water, and a method of mixing and heating each saturated steam of an alcohol compound and water. The content of the alcohol compound in the superheated steam is preferably in the range of 0.01 to 20% by weight, although the optimum range varies depending on the type of compound. When the content of the alcohol compound is less than 0.01% by weight, the effect of improving the conductivity is not observed, and when it exceeds 20% by weight, the binder resin may be significantly dissolved or decomposed. A more preferable range is 0.1 to 5% by weight.

本発明で用いる過熱水蒸気の温度は150℃以上であることが好ましく、200℃以上であることがより好ましく、特に250℃以上が好ましい。温度上昇とともに、形成する金属薄膜の比抵抗は減少する傾向にある。温度の上限は500℃以下が好ましい。温度の上限は、用いる絶縁基板やバインダー樹脂の耐熱特性によっても制限される。加熱時間も被処理物の量や特性から選ばれるが、10秒〜30分間が好ましい。過熱水蒸気の温度が低すぎると、低比抵抗の金属薄膜を得ることができない。過熱水蒸気の温度が高すぎると、金属薄膜と絶縁基板の密着性が損なわれることがあり、また、絶縁基板の劣化が生じる場合があり、注意が必要である。   The temperature of the superheated steam used in the present invention is preferably 150 ° C. or higher, more preferably 200 ° C. or higher, and particularly preferably 250 ° C. or higher. As the temperature rises, the specific resistance of the formed metal thin film tends to decrease. The upper limit of the temperature is preferably 500 ° C. or less. The upper limit of the temperature is also limited by the heat resistance characteristics of the insulating substrate and binder resin used. The heating time is also selected from the amount and characteristics of the object to be processed, but is preferably 10 seconds to 30 minutes. If the temperature of the superheated steam is too low, a metal film having a low specific resistance cannot be obtained. If the temperature of the superheated steam is too high, the adhesion between the metal thin film and the insulating substrate may be impaired, and the insulating substrate may be deteriorated, so care must be taken.

過熱水蒸気による加熱処理操作は熱風乾燥における加熱空気による加熱処理操作と同様に取り扱うことができる。空気を過熱水蒸気で完全に置換すると不活性ガスと同様の無酸素状態が得られ、酸化反応を防止できる。   The heat treatment operation with superheated steam can be handled in the same manner as the heat treatment operation with heated air in hot air drying. When air is completely replaced with superheated steam, an oxygen-free state similar to that of an inert gas is obtained, and an oxidation reaction can be prevented.

本発明において、金属薄膜が銅薄膜の場合には、防錆処理が施すことが好ましい。好ましい防錆処理方法としては、銅薄膜層の表面に銅に対して吸着能力のある有機化合物あるいは無機化合物の吸着層を設ける方法を挙げることができる。ここで、銅薄膜層に含まれる銅粒子が相互に融着していない銅粒子を含有する場合には、前記吸着層は個々の銅微粒子の表面に形成されることが好ましい。また別の好ましい防錆処理方法としては、防水性のある絶縁樹脂層を銅薄膜層上に設ける方法を挙げることができる。銅薄膜層の表面に有機化合物あるいは無機化合物の吸着層を設け、さらに絶縁樹脂層で被覆する方法は、本発明の好ましい実施態様の一例である。   In this invention, when a metal thin film is a copper thin film, it is preferable to give a rust prevention process. As a preferable antirust treatment method, a method of providing an adsorption layer of an organic compound or an inorganic compound capable of adsorbing copper on the surface of the copper thin film layer can be mentioned. Here, when the copper particles contained in the copper thin film layer contain copper particles that are not fused to each other, the adsorption layer is preferably formed on the surface of each copper fine particle. Another preferred rust prevention treatment method is a method of providing a waterproof insulating resin layer on the copper thin film layer. The method of providing an organic compound or inorganic compound adsorption layer on the surface of the copper thin film layer, and further covering with an insulating resin layer is an example of a preferred embodiment of the present invention.

本発明における銅薄膜層の表面に吸着層を形成できる有機化合物あるいは無機化合物(以下、表面処理剤と称する場合がある)としては、ベンゾトリアゾール、トリルトリアゾール、テトラゾール等の含窒素複素環化合物、メルカプトプロピオン酸、メルカプト酢酸、チオフェノール、トリアジンジチオール等の含硫黄化合物、オクチルアミン、イソブチルアミン等のアミノ化合物、シランカップリング剤、チタンカップリング剤、クロメート処理剤等が挙げられる。表面処理剤を溶解した処理剤に銅薄膜を浸漬する、あるいは処理剤を銅薄膜に塗布することで、吸着層の形成がなされる。表面処理剤層の厚みが増すと導電性の低下や接着加工性の悪化を起こす場合があるので、表面処理層の厚みは0.05μm以下の薄層とすることが望ましい。表面処理剤層を薄層にする方法としては、処理液の濃度を下げる、表面処理剤を溶解する溶剤で余分の表面処理剤を除去する等が挙げられる。   Examples of the organic compound or inorganic compound (hereinafter sometimes referred to as a surface treating agent) capable of forming an adsorption layer on the surface of the copper thin film layer in the present invention include nitrogen-containing heterocyclic compounds such as benzotriazole, tolyltriazole, and tetrazole, mercapto Examples thereof include sulfur-containing compounds such as propionic acid, mercaptoacetic acid, thiophenol and triazinedithiol, amino compounds such as octylamine and isobutylamine, silane coupling agents, titanium coupling agents and chromate treatment agents. The adsorption layer is formed by immersing the copper thin film in the treatment agent in which the surface treatment agent is dissolved or by applying the treatment agent to the copper thin film. When the thickness of the surface treatment agent layer is increased, the conductivity may be lowered or the adhesive processability may be deteriorated. Therefore, the thickness of the surface treatment layer is preferably a thin layer of 0.05 μm or less. Examples of the method for thinning the surface treatment agent layer include reducing the concentration of the treatment liquid and removing excess surface treatment agent with a solvent that dissolves the surface treatment agent.

本発明における銅薄膜層上に、防水性のある絶縁樹脂からなる層を設けることができる。防水性のある樹脂としては、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、ブチラール樹脂等が挙げられる。これらの樹脂の一種以上で銅薄膜層を被覆することにより防錆効果を発揮できる。防水性のある絶縁樹脂で銅薄膜層を被覆する方法は特に限定されないが、樹脂溶液を銅薄膜層に塗布または印刷し次いで溶剤を揮散させる方法、樹脂フィルムに接着剤を塗布して銅薄膜層に貼り合わせる方法を、好ましい方法として例示することができる。接着剤付きのポリイミドフィルムあるいはポリエステルフィルムを貼り合わせることは、特に好ましい実施態様の例である。絶縁樹脂層の厚みは1〜30μmが望ましい。   A layer made of a waterproof insulating resin can be provided on the copper thin film layer in the present invention. Examples of the waterproof resin include polyester resin, acrylic resin, polyurethane resin, butyral resin, and the like. By coating the copper thin film layer with one or more of these resins, the antirust effect can be exhibited. The method of coating the copper thin film layer with a waterproof insulating resin is not particularly limited, but the method of coating or printing the resin solution on the copper thin film layer and then stripping off the solvent, applying the adhesive to the resin film and applying the adhesive to the copper thin film layer The method of bonding to can be illustrated as a preferable method. Bonding a polyimide film or a polyester film with an adhesive is an example of a particularly preferred embodiment. The thickness of the insulating resin layer is desirably 1 to 30 μm.

本発明で用いる絶縁基板は有機材料および無機材料のいずれのものであっても良い。絶縁基板に用いられる材料としては、ガラス、セラミックス、ポリイミド系樹脂、四フッ化エチレン樹脂等がある。また電気配線回路基板に通常用いられる、ガラスエポキシ基板、紙エポキシ基板、紙フェノール基板等の複合品も挙げられる。本発明では過熱水蒸気による加熱処理を行うのでこれに耐える耐熱性を有することが必須であり、このため耐熱性に優れるポリイミド系樹脂からなるフィルムあるいはシートやセラミックを絶縁基板として用いることが好ましい。   The insulating substrate used in the present invention may be either an organic material or an inorganic material. Examples of the material used for the insulating substrate include glass, ceramics, polyimide resin, and tetrafluoroethylene resin. Moreover, composite articles, such as a glass epoxy board | substrate, a paper epoxy board | substrate, and a paper phenol board | substrate which are normally used for an electrical wiring circuit board, are also mentioned. In the present invention, since heat treatment with superheated steam is performed, it is essential to have heat resistance that can withstand this. For this reason, it is preferable to use a film, sheet, or ceramic made of a polyimide resin having excellent heat resistance as an insulating substrate.

本発明をさらに詳細に説明するために以下に実施例を挙げるが、本発明は実施例に何ら限定されるものではない。なお、実施例に記載された測定値は以下の方法によって測定したものである。   In order to describe the present invention in more detail, examples are given below, but the present invention is not limited to the examples. In addition, the measured value described in the Example is measured by the following method.

1.電気抵抗率(比抵抗)の測定
電気抵抗率は、低抵抗率計(商品名:ロレスタ−CP、三菱化学製)および四探針プローブ(NSCPプローブ)を用いた四端子法で測定した。
1. Measurement of electrical resistivity (specific resistance) The electrical resistivity was measured by a four-terminal method using a low resistivity meter (trade name: Loresta CP, manufactured by Mitsubishi Chemical) and a four-probe probe (NSCP probe).

2.銅ナノ粒子の粒径の測定
透過型電子顕微鏡(TEM)「JEM1200EX」(日本電子社製)により測定し、任意に選んだ粒子200個の直径の算術平均値を求め、その値をもって粒径とした。
2. Measurement of the particle size of copper nanoparticles Measured with a transmission electron microscope (TEM) “JEM1200EX” (manufactured by JEOL Ltd.), the arithmetic average value of the diameter of 200 arbitrarily selected particles is obtained, and the value is used as the particle size. did.

銅ナノ粒子の製造例1
平均結晶子径が90.2nmの工業用酸化第二銅(N−120:エヌシーテック社製)24g、保護剤としてゼラチン(牛骨由来品、和光純薬)9.6gを300ミリリットルの純水に添加、混合し、15%のアンモニア水を用いて混合液のpHを11に調整した後、20分かけて室温から90℃まで昇温した。昇温後、撹拌しながら、3−メルカプト酢酸の1%溶液2gと、80%のヒドラジン一水和物28gとを150ミリリットルの純水に混合した液を添加し、1時間かけて酸化第二銅と反応させ、銅微粒子を生成させた。その後、濾液比導電率が100μS/cm以下になるまで濾過洗浄し、窒素ガスの雰囲気下で60℃の温度で10時間かけて乾燥し、ゼラチンで保護された銅ナノ粒子A(粒径80nm)を得た。不揮発分は4.8重量%であった。
Production example 1 of copper nanoparticles
Pure water of 300 ml of 24 g of industrial cupric oxide (N-120: manufactured by NC Tech) with an average crystallite size of 90.2 nm and 9.6 g of gelatin (cow bone-derived product, Wako Pure Chemical) as a protective agent The mixture was adjusted to pH 11 with 15% aqueous ammonia and then heated from room temperature to 90 ° C. over 20 minutes. After the temperature rise, with stirring, a solution prepared by mixing 2 g of a 1% solution of 3-mercaptoacetic acid and 28 g of 80% hydrazine monohydrate in 150 ml of pure water was added, and the second oxidation was performed over 1 hour. Reaction with copper produced copper fine particles. Thereafter, the filtrate was washed by filtration until the specific conductivity of the filtrate reached 100 μS / cm or less, dried in a nitrogen gas atmosphere at a temperature of 60 ° C. for 10 hours, and protected with gelatin nanoparticles A (particle size 80 nm) Got. The nonvolatile content was 4.8% by weight.

銅ナノ粒子の製造例2
保護剤のゼラチンの代わりにポリビニルピロリドン(商品名:ポリビニルピロリドンK−30、日本触媒社製、粘度平均分子量40000)を用いる以外は銅ナノ粒子の製造例1と同様にして、ポリビニルピロリドンで保護された銅ナノ粒子B(粒径70nm)を得た。不揮発分は4.4重量%であった。
Production example 2 of copper nanoparticles
Protected with polyvinylpyrrolidone in the same manner as in copper nanoparticle production example 1 except that polyvinylpyrrolidone (trade name: polyvinylpyrrolidone K-30, manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd., viscosity average molecular weight 40000) is used instead of the protective agent gelatin. Copper nanoparticles B (particle size 70 nm) were obtained. The nonvolatile content was 4.4% by weight.

実施例1
1.0gの銅ナノ粒子Aに、ターピネオールを5.6g、トルエンを20g添加し、60℃で1時間攪拌して銅ナノ粒子を再分散させた。この均一な分散液を、0.5μmのメンブレンフィルターで濾過した後、濾液中のトルエンを減圧濃縮により脱溶剤して、導電性銅ペースト1を調製した。
Example 1
To 1.0 g of copper nanoparticles A, 5.6 g of terpineol and 20 g of toluene were added and stirred at 60 ° C. for 1 hour to redisperse the copper nanoparticles. This uniform dispersion was filtered through a 0.5 μm membrane filter, and then toluene in the filtrate was removed by concentration under reduced pressure to prepare a conductive copper paste 1.

比較例1
1.0gの銅ナノ粒子Bに、ターピネオールを5.6g、トルエンを20g添加し、60℃で1時間攪拌して銅ナノ粒子を再分散させた。この均一な分散液を、0.5μmのメンブレンフィルターで濾過した後、濾液中のトルエンを減圧濃縮により脱溶剤して、導電性銅ペースト2を調製した。
Comparative Example 1
To 1.0 g of copper nanoparticles B, 5.6 g of terpineol and 20 g of toluene were added and stirred at 60 ° C. for 1 hour to redisperse the copper nanoparticles. The uniform dispersion was filtered through a 0.5 μm membrane filter, and then the toluene in the filtrate was removed by concentration under reduced pressure to prepare a conductive copper paste 2.

実施例2
実施例1で得られた導電性銅ペースト1を、バーコーターを用いてポリイミドフィルム上に塗布し、120℃で5分間、熱風乾燥して厚さ5μmの乾燥塗膜を得た。続いて、200℃で60分間の過熱水蒸気による焼成処理を行った。得られた銅薄膜について、比抵抗を表1に示した。なお、過熱水蒸気による焼成処理は、過熱水蒸気の発生装置として蒸気過熱装置(第1高周波工業株式会社製「DHF Super-Hi 10」)を用い、熱処理炉に10kg/時間の過熱水蒸気を供給して行った。
Example 2
The conductive copper paste 1 obtained in Example 1 was applied onto a polyimide film using a bar coater and dried with hot air at 120 ° C. for 5 minutes to obtain a dried coating film having a thickness of 5 μm. Then, the baking process by superheated steam for 60 minutes at 200 degreeC was performed. The specific resistance of the obtained copper thin film is shown in Table 1. In the baking process using superheated steam, a steam superheater (“DHF Super-Hi 10” manufactured by Daiichi High Frequency Industrial Co., Ltd.) is used as a superheated steam generator, and 10 kg / hour of superheated steam is supplied to the heat treatment furnace. went.

実施例3〜4
焼成温度が200℃の代わりに、250℃(実施例3)、300℃(実施例4)であり、焼成時間を10分間とする以外は実施例2と同様にして、銅薄膜を得た。得られた銅薄膜の比抵抗を表1に示した。
Examples 3-4
Instead of 200 ° C, the firing temperature was 250 ° C (Example 3) and 300 ° C (Example 4), and a copper thin film was obtained in the same manner as in Example 2 except that the firing time was 10 minutes. The specific resistance of the obtained copper thin film is shown in Table 1.

実施例5
焼成時間が10分の代わりに1時間である以外は実施例3と同様にして、銅薄膜を得た。比抵抗を表1に示した。
Example 5
A copper thin film was obtained in the same manner as in Example 3 except that the firing time was 1 hour instead of 10 minutes. The specific resistance is shown in Table 1.

比較例2
比較例1で得られた導電性銅ペースト2を、バーコーターを用いてポリイミドフィルム上に塗布し、120℃で5分間、熱風乾燥して5μmの塗膜を得た。実施例2の加熱水蒸気による焼成処理と同様にして、200℃で60分間の過熱水蒸気による焼成処理を行った。得られた銅薄膜について、比抵抗を表1に示した。
Comparative Example 2
The conductive copper paste 2 obtained in Comparative Example 1 was applied onto a polyimide film using a bar coater and dried with hot air at 120 ° C. for 5 minutes to obtain a 5 μm coating film. In the same manner as the baking process using heated steam in Example 2, baking process using superheated steam at 200 ° C. for 60 minutes was performed. The specific resistance of the obtained copper thin film is shown in Table 1.

比較例3
焼成温度および焼成時間を250℃で10分間とする以外は比較例2と同様にして、銅薄膜を得た。得られた銅薄膜について、比抵抗を表1に示した。
Comparative Example 3
A copper thin film was obtained in the same manner as in Comparative Example 2 except that the firing temperature and firing time were set at 250 ° C. for 10 minutes. The specific resistance of the obtained copper thin film is shown in Table 1.

比較例4
焼成温度を150℃とする以外は実施例2と同様にして、銅薄膜を得た。得られた銅薄膜の比抵抗を表1に示した。
Comparative Example 4
A copper thin film was obtained in the same manner as in Example 2 except that the firing temperature was 150 ° C. The specific resistance of the obtained copper thin film is shown in Table 1.

比較例5
実施例1で得られた導電性銅ペースト1を、バーコーターを用いてポリイミドフィルム上に塗布し、120℃で5分間、熱風乾燥して5μmの塗膜を得た。続いて、水素含有量が5容量%の水素窒素混合雰囲気下、250℃で10分間の焼成処理を行った。得られた銅薄膜について、比抵抗を表1に示した。
Comparative Example 5
The conductive copper paste 1 obtained in Example 1 was applied onto a polyimide film using a bar coater and dried with hot air at 120 ° C. for 5 minutes to obtain a 5 μm coating film. Subsequently, a baking treatment was performed at 250 ° C. for 10 minutes in a hydrogen-nitrogen mixed atmosphere having a hydrogen content of 5% by volume. The specific resistance of the obtained copper thin film is shown in Table 1.

比較例6
焼成時間を60分とする以外は比較例5と同様にして得た銅薄膜の比抵抗を表1に示した。
Comparative Example 6
Table 1 shows the specific resistance of the copper thin film obtained in the same manner as in Comparative Example 5 except that the firing time was 60 minutes.

比較例7
実施例1で得られた導電性銅ペースト1を、バーコーターを用いてポリイミドフィルム上に塗布し、120℃で5分間、熱風乾燥して5μmの塗膜を得た。続いて、窒素混合雰囲気下、250℃で10分間の焼成処理を行った。得られた銅薄膜について、比抵抗を表1に示した。
Comparative Example 7
The conductive copper paste 1 obtained in Example 1 was applied onto a polyimide film using a bar coater and dried with hot air at 120 ° C. for 5 minutes to obtain a 5 μm coating film. Subsequently, a baking treatment was performed at 250 ° C. for 10 minutes in a nitrogen mixed atmosphere. The specific resistance of the obtained copper thin film is shown in Table 1.

比較例8
焼成時間が10分間の代わりに、1時間である以外は比較例7と同様にして得た銅薄膜の比抵抗を表1に示した。
Comparative Example 8
Table 1 shows the specific resistance of the copper thin film obtained in the same manner as in Comparative Example 7 except that the firing time was 1 hour instead of 10 minutes.

表1で、加水分解性を有するゼラチンを保護剤として用いた導電性銅ペーストにおいて、過熱水蒸気による焼成の場合、より低温度または短時間で低い抵抗の銅薄膜が得られることが分かる。一方、ポリビニルピロリドンを保護剤とした導電性銅ペーストの場合には、同じ焼成条件では比抵抗が高いことが分かる。また、過熱水蒸気処理以外の水素窒素混合ガス下や窒素ガス下では、過熱水蒸気処理に比べて、銅薄膜の比抵抗が高い。   Table 1 shows that in a conductive copper paste using hydrolyzable gelatin as a protective agent, a copper thin film having a low resistance can be obtained at a lower temperature or in a shorter time when firing with superheated steam. On the other hand, in the case of the conductive copper paste using polyvinylpyrrolidone as a protective agent, it can be seen that the specific resistance is high under the same firing conditions. Further, the specific resistance of the copper thin film is higher under the hydrogen-nitrogen mixed gas or under the nitrogen gas other than the superheated steam treatment as compared with the superheated steam treatment.

本発明の導電性ペーストから得られた塗膜に過熱水蒸気処理を施すことにより、低い比抵抗を有する金属薄膜を得ることができる。このようにして得られた金属薄膜は、金属/樹脂積層体、電磁シールド金属薄膜等の金属薄膜形成材料、めっき用導電層、金属配線材料、導電材料等としても有用であり、導電性回路、アンテナ、電磁波シールド体、電極等に応用することができる。   A metal thin film having a low specific resistance can be obtained by subjecting the coating film obtained from the conductive paste of the present invention to a superheated steam treatment. The metal thin film thus obtained is also useful as a metal thin film forming material such as a metal / resin laminate, an electromagnetic shielding metal thin film, a conductive layer for plating, a metal wiring material, a conductive material, etc. It can be applied to antennas, electromagnetic wave shields, electrodes and the like.

Claims (6)

加水分解性保護剤で保護された金属ナノ粒子を含有する、過熱水蒸気処理用導電性ペースト。   A conductive paste for superheated steam treatment, comprising metal nanoparticles protected with a hydrolyzable protective agent. 前記加水分解性保護剤がタンパク質であることを特徴とする請求項1に記載の導電性ペースト。   The conductive paste according to claim 1, wherein the hydrolyzable protective agent is a protein. 前記金属ナノ粒子が、銅、銅酸化物、銅錯体のいずれか一種以上からなる粒子を含有することを特徴とする請求項1または2に記載の導電性ペースト。   3. The conductive paste according to claim 1, wherein the metal nanoparticles contain particles made of at least one of copper, copper oxide, and copper complex. 前記過熱水蒸気処理における加熱処理温度が200℃以上であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の導電性ペースト。   The conductive paste according to claim 1, wherein a heat treatment temperature in the superheated steam treatment is 200 ° C. or higher. 請求項1〜4のいずれかに記載の導電性ペーストを用いて塗膜を形成し、次いで該塗膜に過熱水蒸気による加熱処理を行って金属薄膜を得る、金属薄膜の製造方法。   The manufacturing method of a metal thin film which forms a coating film using the electrically conductive paste in any one of Claims 1-4, and then heat-processes with a superheated steam to this coating film, and obtains a metal thin film. 請求項5の製造方法によって製造された金属薄膜。   The metal thin film manufactured by the manufacturing method of Claim 5.
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