JP2017119841A - エレクトロニクス印刷のための層間組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】金属ナノ粒子インクの導電性を犠牲にすることなく、接着性を向上させ、機械的な構造安定性を有するデバイスを作成することができる有効な方法の提供。【解決手段】エポキシ樹脂と、ポリビニルフェノールと、ポリ（メラミン−コ−ホルムアルデヒド）ポリマーと、溶媒と、任意要素の界面活性剤と、任意要素の触媒とを含む層間組成物であって、基材と、基材の上に配置された層間層と、導電性を備え、層間層が、エポキシ樹脂と、ポリビニルフェノールと、ポリ（メラミン−コ−ホルムアルデヒド）ポリマーと、任意要素の界面活性剤と、任意要素の触媒とを含む組成物から作られる、デバイス。基材の上に層間層を堆積させることと、層間層を熱によって硬化させることと、層間層の上に導電性組成物を堆積させ、アニーリングすることとを含む、基材の上に導電性を作成するためのプロセス。【選択図】なし

Description

本明細書には、１個の分子中に少なくとも２個のエポキシ基を有し、芳香族部分を含まないエポキシ化合物と、ポリビニルフェノールと、メラミン樹脂と、溶媒と、任意要素の界面活性剤と、任意要素の触媒とを含む層間組成物が開示される。さらに、基材と、層間層と、導電性特徴とを備え、前記層間層が、１個の分子中に少なくとも２個のエポキシ基を有し、芳香族部分を含まないエポキシ化合物と、ポリビニルフェノールと、メラミン樹脂と、溶媒と、任意要素の界面活性剤と、任意要素の触媒とを含む層間組成物から作られる膜を備えるデバイスが開示される。さらに、基材の上に層間層を堆積させることと、１個の分子中に少なくとも２個のエポキシ基を有し、芳香族部分を含まないエポキシ化合物と、ポリビニルフェノールと、メラミン樹脂と、溶媒と、任意要素の界面活性剤と、任意要素の触媒とを含む層間組成物から膜を作成することと、層間層を硬化させること、いくつかの実施形態において、約８０℃〜約１６０℃の温度で約３０分〜約５時間硬化させることと、層間層の上に導電性組成物を堆積させ、堆積した特徴を作成することと、堆積した特徴を加熱し、導電性特徴を作成することとを含む、基材の上に導電性特徴を作成するためのプロセスが開示される。層間組成物は、溶液処理方法を用いて配置することができる。

すでに、Ｘｅｒｏｘ（登録商標）Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎは、種々の電子機器用途のためのインクジェット印刷によって溶液処理可能な銀ナノ粒子およびインクを開発した。Ｘｅｒｏｘ（登録商標）Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎは、有機アミンによって安定化されるナノ銀粒子を開発した。米国特許第８，７６５，０２５号は、有機物によって安定化された金属ナノ粒子と溶媒とを含み、選択される溶媒が、分散パラメータが約１６ＭＰａ^０．５以上、極性パラメータと水素結合パラメータの和が約８．０ＭＰａ^０．５以下のハンセン溶解度パラメータを有する金属ナノ粒子組成物を記載する。米国特許第７，２７０，６９４号は、還元剤と、有機アミンを含む安定化剤と、溶媒とを含む第１の混合物に、銀化合物を漸増的に加えることによって、銀化合物と、ヒドラジン化合物を含む還元剤とを反応させることを含む、安定化された銀ナノ粒子を調製するためのプロセスを記載する。

米国特許出願番号第１３／８６６，７０４号は、還元剤と、有機アミンを含む安定化剤と、溶媒とを含む第１の混合物に、銀化合物を漸増的に加えることによって、銀化合物と、ヒドラジン化合物を含む還元剤とを反応させることを含む第１の方法によって調製された、安定化された金属を含有するナノ粒子を記載する。米国特許出願番号第１４／１８８，２８４号は、グラビア印刷およびフレキソグラフィー印刷のための銀含有量が多い導電性インクと、このような導電性インクを製造するための方法を記載する。

Ｘｅｒｏｘ（登録商標）Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎは、銀ナノ粒子技術に基づくフレキソグラフィー用およびグラビア用のインクを開発した。米国特許出願番号第１４／５９４，７４６号は、その要約に、銀ナノ粒子と、ポリスチレンと、インク媒剤とを含むナノ銀インク組成物を記載する。銀ナノ粒子と、ポリスチレンと、インク媒剤とを合わせることを含む、ナノ銀インク組成物を調製するためのプロセスが記載される。銀ナノ粒子と、ポリスチレンと、インク媒剤とを含むナノ銀インク組成物を提供することと、基材の上にナノ銀インク組成物を堆積させ、堆積した特徴を作成することと、堆積した特徴を基材の上で加熱し、基材の上に導電性特徴を作成することとを含む、フレキソグラフィー印刷プロセスおよびグラビア印刷プロセスを用い、基材の上に導電性特徴を作成するためのプロセスが記載される。

米国特許出願番号第１４／５７３，１９１号は、その要約に、銀ナノ粒子と、クレイ分散物と、インク媒剤とを含むナノ銀インク組成物を記載する。銀ナノ粒子と、クレイ分散物と、インク媒剤とを含むナノ銀インク組成物を提供することと、基材の上にナノ銀インク組成物を堆積させ、堆積した特徴を作成することと、堆積した特徴を基材の上で加熱し、基材の上に導電性特徴を作成することとを含む、基材の上に導電性特徴を作成するためのプロセスが記載される。インクは、デカリンおよびビシクロヘキシルのような非極性溶媒中でうまく配合され、インクジェット印刷技術を用いてうまく印刷される。

銀ナノ粒子インクを含む溶液処理可能な導電性材料は、電子機器の完成に重要な役割を果たす。銀ナノ粒子インクは、適切な溶媒に簡単に分散され、これを使用し、低コストの溶液堆積およびパターン形成の技術、特に、インクジェット印刷技術によって、電極および電気的な相互接続のような電子機器中の種々の導電性特徴を製造することができる。

ガラスおよび可撓性プラスチック基材を含む適切な基材の上に、銀ナノ粒子インクのような金属ナノ粒子から作られる導電性特徴は、適切な電子機器の製造と機能を可能にするために、十分な接着性と、機械的な構造安定性といった特徴を有していなければならない。しかし、課題の１つは、ある場合には、構造安定性を有するデバイス製造のために、ガラスおよびポリイミドのような特定の基材への接着性が十分ではない場合があることである。この接着性の課題は、銀導電性インクに接着促進剤としてポリビニルブチラール（ＰＶＢ）樹脂を含む少量のポリマー材料を添加することによってすでに対処されている。この手法は、一部の用途には適している。しかし、この方法の潜在的な欠点は、このようなインクから印刷される導電性特徴の導電性は、ある場合には、顕著に低下し得ることである。従って、電子機器用途に使用される金属ナノ粒子インクの導電性を犠牲にすることなく、接着性を向上させ、機械的な構造安定性の特性を有するデバイスを作成することができる有効な方法を開発する必要がある。

現時点で入手可能な組成物および方法は、これらの意図した目的に適している。しかし、電子機器の改良された組成物および方法が依然として必要である。さらに、印刷された導電性特徴の望ましい導電性を維持しつつ、十分な接着性および機械的な構造安定性といった特徴を与える改良された方法が依然として必要である。さらに、膜形成能、十分な膜接着性、いくつかの実施形態において、ガラス基材への十分な膜接着性、導電性インク（いくつかの実施形態において、銀インク）を受け入れる能力といった特徴を有する層間組成物が依然として必要であり、この層間層から作られる膜は、膜に対する導電性インクの望ましい接着性、非極性溶媒系銀インクの濡れ性、望ましい導電性を可能にする。いくつかの実施形態において、望ましいのは、これらの望ましい特徴の組み合わせを与える層間組成物であり、すなわち、膜形成が可能であり、ガラスに対する膜の接着性、膜に対するインクの接着性、非極性溶媒系インクの濡れ性、望ましい導電性といった特徴を全て与える層間組成物である。

層間組成物であって、
下式のエポキシ化合物

〔式中、Ｘは、少なくとも２個〜約２０個の炭素原子、酸素原子を含み、Ｘは、芳香族部分を含まず、ｎは、約２〜約２０である〕と、ポリビニルフェノールと、メラミン樹脂と、溶媒と、任意要素の界面活性剤と、任意要素の触媒とを含む、層間組成物が記載される。

さらに、デバイスであって、基材と、層間層と、導電性特徴とを備え、前記層間層が、下式のエポキシ化合物

〔式中、Ｘは、少なくとも２個〜約２０個の炭素原子、酸素原子を含み、Ｘは、芳香族部分を含まず、ｎは、約２〜約２０である〕と、ポリビニルフェノールと、メラミン樹脂と、溶媒と、任意要素の界面活性剤と、任意要素の触媒とを含む層間組成物から作られる、熱によって硬化する膜を含む、デバイスも記載される。

さらに、基材の上に、下式のエポキシ化合物

〔式中、Ｘは、少なくとも２個〜約２０個の炭素原子、酸素原子を含み、Ｘは、芳香族部分を含まず、ｎは、約２〜約２０である〕と、ポリビニルフェノールと、メラミン樹脂と、溶媒と、任意要素の界面活性剤と、任意要素の触媒とを含む層間組成物を基材の上に堆積させることと、堆積した層間組成物を熱によって硬化させることによって、層間組成物から膜を作成することと、層間層の上に導電性組成物を堆積させ、堆積した特徴を作成することと、堆積した特徴を加熱し、導電性特徴を作成することとを含む、導電性特徴を作成するためのプロセスも記載される。

図１は、コーティングされていないガラス基材の上の印刷された銀インク線の画像の図である。 図２は、本発明の実施形態にかかる層間層がコーティングされたガラス基材の上の印刷された銀インク線の画像の図である。 図３は、本発明の実施形態にかかる層間組成物の上に広がる印刷されたインク線の図である。 図４は、本発明の実施形態にかかる別の層間組成物の上に広がる印刷されたインク線の図である。 図５は、本発明の実施形態にかかる層間組成物の上に広がる印刷されたインク線に対する界面活性剤の影響の図である。 図６は、本発明の実施形態にかかる層間組成物の上に広がる印刷されたインク線に対する別の界面活性剤の影響の図である。 図７は、コーティングされていないガラス基材の上にインク線が印刷されたとき、テープに転写されたインク線の図である。 図８は、本発明の実施形態にかかる層間層がコーティングされたガラス基材の上にインク線が印刷されたとき、テープに転写されたインク線の図である。

いくつかの実施形態において、印刷された導電性特徴の望ましい導電性を維持しつつ、十分な接着性および機械的な構造安定性といった特徴を有する層間組成物を含む電子機器の組成および方法が提供される。さらに、膜形成能、十分な膜接着性、いくつかの実施形態において、ガラス基材への十分な膜接着性、導電性インク（いくつかの実施形態において、銀インク）を受け入れる能力といった特徴を有する層間組成物が提供され、この層間層から作られる膜は、膜に対する導電性インクの望ましい接着性、水性ナノ粒子インクまたは非極性溶媒系銀インクの濡れ性、望ましい導電性を可能にする。いくつかの実施形態において、これらの望ましい特徴の組み合わせを与える層間組成物が記載され、すなわち、膜形成が可能であり、平滑に硬化した層間層膜表面、ガラスに対する膜の接着性、膜に対するインクの接着性、水性ナノ粒子インクおよび非極性溶媒系ナノ粒子銀インクを含むナノ粒子導電性インクの濡れ性、望ましい導電性といった特徴を全て与える層間組成物が記載される。

限定されないが、スマートパッケージングのための印刷可能なセンサまたは他の電気回路デバイスを含む任意の適切または望ましい用途に層間組成物を使用することができる。層間組成物は、適切な接着性、平坦な特徴、エレクトロニクスインクとの相溶性を示しつつ、さらなる表面処理を必要としない、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリイミド、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などの従来の表面に電気回路を印刷する能力という必要性を満たす。多層回路印刷に層間組成物を使用することができ、これを使用し、電気絶縁層を作成することができる。

基材と、Ｘｅｒｏｘ（登録商標）銀ナノ粒子インクを含む種々の金属ナノ粒子インクから構築された印刷された導電性層との接着性を顕著に高めることができる層間組成物が提供される。いくつかの実施形態において、層間組成物は、エポキシ樹脂（ポリエポキシドとしても知られる）と、ポリビニルフェノールと、ポリ（メラミン−コ−ホルムアルデヒド）系ポリマーの混合物を含む。場合により、少量の表面添加剤を含ませ、濡れ性および広がり性といった特徴を改善することができる。さらに、任意要素の触媒を含ませ、硬化プロセスを向上させてもよい。

いくつかの実施形態において、層間組成物は、約２５℃での粘度が約２センチポイズ（ｃｐ）〜約１５０ｃｐ、約２５℃での表面張力が約１８ｍＮ／ｍ（ミリニュートン／メートル）〜約４０ｍＮ／ｍといった特性を有する。いくつかの実施形態において、硬化した層間組成物は、ガラス転移温度が約−１０℃〜約１００℃である。ガラス転移温度が低いことは、層間層膜に対するナノ粒子インクの接着性を助ける。いくつかの実施形態において、硬化した層間層膜は、水接触角が約６５度〜約９５度であり、硬化した層間層膜の表面粗さＲａは、約１ナノメートル〜約１０ナノメートルである。

層間層は、任意の適切または望ましいプロセスによって製造することができる。いくつかの実施形態において、層間層は、種々の基材に対するスピンコーティング、浸漬コーティング、インクジェット印刷などを含む溶液処理方法、その後、硬化のための適切な温度でのアニーリングによって作成することができる。

層間層は、ガラスおよびポリイミドを含む種々の基材に対し、非常に良好な接着性を有する。

導電性特徴は、任意の適切または望ましい方法によって製造することができる。いくつかの実施形態において、導電性特徴は、すでに塗布された層間層を有する基材へのインクジェット印刷のような溶液処理技術によって作成することができる。

導電性特徴は、適切な温度でアニーリングした後、顕著に改善された接着性と共に、高い導電性を示した。

層間層溶液は、安定であり、コーティングを異なる温度で硬化させることができる。層間組成物を、任意の適切または望ましい温度で、任意の適切な時間をかけて硬化させることができる。いくつかの実施形態において、本明細書明のコーティングされた組成物を、約８０〜約１６０℃、または約１００〜約１４０℃、または約１２０〜約１３０℃の温度で約０．５〜約５時間、または約１〜約４時間、または約２〜約３時間硬化させることができる。いくつかの実施形態において、層間組成物を約１６０℃で約５時間硬化させることができる。

エポキシ樹脂は優れた電気絶縁体であるため、金属ナノ粒子インクの導電性は、本発明の層間層コーティング組成物によって影響を受けないだろう。

硬化後に得られた層間層は、インクの濡れ性を制御するための適切な水接触角、表面の平滑性、電気絶縁特性、可撓性電子機器を製造するための可撓性を制御するのに適したガラス転移温度および本明細書に記載される他の特徴を含む、エレクトロニクスを印刷するためのバランスの取れた特性を有する膜を与える。

層間組成物は、膜形成特性を与えるためにポリビニルフェノール（ＰＶＰ）を含んでいてもよく、特定の構造特性を可能にするためにビルディングブロックとして脂肪族エポキシ化合物を含んでいてもよく、メラミン樹脂と、場合により、界面活性剤と、溶媒とを含む硬化要素を含んでいてもよい。いくつかの実施形態において、層間組成物は、硬化剤または硬化化合物を含まず、すなわち、硬化剤または硬化化合物を含有しない。

いくつかの実施形態において、本明細書の層間組成物は、下式のエポキシ化合物

〔式中、Ｘは、少なくとも２個〜約２０個の炭素原子、酸素原子を含み、Ｘは、芳香族部分を含まず、ｎは、約２〜約２０である〕と、ポリビニルフェノールと、メラミン樹脂と、溶媒と、任意要素の界面活性剤と、任意要素の触媒とを含む。

一実施形態において、Ｘは、式

を有する。

特定の実施形態において、エポキシ化合物は、式

を有し、ｎは、１〜１０、または３〜９である。

エポキシ樹脂は、層間組成物中、任意の適切または望ましい量で与えられてもよい。いくつかの実施形態において、エポキシ樹脂は、層間組成物の合計重量を基準として、約５〜約４５重量％、または約１０〜約３５重量％、または約１５〜約２５重量％の量で存在する。

本発明の層間組成物のために、任意の適切または望ましいポリビニルフェノールが選択されてもよい。いくつかの実施形態において、ポリビニルフェノールは、ポリ（４−ビニルフェノール）、ポリ（ビニルフェノール）／ポリ（アクリル酸メチル）、ポリ（ビニルフェノール）／ポリ（メタクリル酸メチル）、ポリ（４−ビニルフェノール）／ポリ（ビニルメチルケトン）、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される。

いくつかの実施形態において、重量平均分子量Ｍｗが約１０，０００〜約５０，０００、または約１５，０００〜約４０，０００、または約２０，０００〜約３０，０００のポリビニルフェノールが選択される。

ポリビニルフェノールは、層間組成物中、任意の適切または望ましい量で与えられてもよい。いくつかの実施形態において、ポリビニルフェノールは、層間組成物の合計重量を基準として、約０．５〜約３０重量％、または約１〜約２０重量％、または約２〜約１０重量％の量で存在する。

層間組成物は、さらに、メラミン樹脂を含有する。本明細書のいくつかの実施形態のために任意の適切または望ましいメラミン樹脂を選択してもよい。特定の実施形態において、メラミン樹脂は、ポリ（メラミン−コ−ホルムアルデヒド）コポリマーである。本発明の層間組成物のために任意の適切または望ましいポリ（メラミン−コ−ホルムアルデヒド）ポリマーを選択してもよい。いくつかの実施形態において、ポリ（メラミン−コ−ホルムアルデヒド）は、メチル化ポリ（メラミン−コ−ホルムアルデヒド）、ブチル化ポリ（メラミン−コ−ホルムアルデヒド）、イソブチル化ポリ（メラミン−コ−ホルムアルデヒド）、アクリレート化ポリ（メラミン−コ−ホルムアルデヒド）、メチル化／ブチル化ポリ（メラミン−コ−ホルムアルデヒド）、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される。

ポリ（メラミン−コ−ホルムアルデヒド）ポリマーは、層間組成物中、任意の適切または望ましい量で与えられてもよい。いくつかの実施形態において、ポリ（メラミン−コ−ホルムアルデヒド）ポリマーは、層間組成物の合計重量を基準として、約０．５〜約１５重量％、または約１〜約１０重量％、または約２〜約５重量％の量で存在する。

層間組成物は、層間組成物の合計重量を基準として、約１０〜約５０重量％の固形分、または約１５〜約４０重量％の固形分、または約２０〜約３０重量％の固形分を含む。具体的な実施形態において、層間組成物は、層間組成物の合計重量を基準として、約３０重量％未満の固形分の選択された固形分含有量を含む。例えば、いくつかの実施形態において、層間組成物は、層間組成物の合計重量を基準として、固形分が約１０〜約３０重量％未満、または約１５〜約３０重量％未満、または約２０〜約３０重量％未満の固形分含有量を含む。

本発明の層間組成物のために任意の適切または望ましい溶媒を選択してもよい。いくつかの実施形態において、溶媒は、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート、トルエン、メチルイソブチルケトン、酢酸ブチル、メトキシプロピルアセテート、キシレン、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、プロポキシル化ネオペンチルグリコールジアクリレート、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される。

いくつかの実施形態において、溶媒は、炭化水素、例えば、約７〜約１８個の炭素原子を含むアルカン、アルケン、アルコール、例えば、ウンデカン、ドデカン、トリデカン、テトラデカン、ヘキサデカン、１−ウンデカノール、２−ウンデカノール、３−ウンデカノール、４−ウンデカノール、５−ウンデカノール、６−ウンデカノール、１−ドデカノール、２−ドデカノール、３−ドデカノール、４−ドデカノール、５−ドデカノール、６−ドデカノール、１−トリデカノール、２−トリデカノール、３−トリデカノール、４−トリデカノール、５−トリデカノール、６−トリデカノール、７−トリデカノール、１−テトラデカノール、２−テトラデカノール、３−テトラデカノール、４−テトラデカノール、５−テトラデカノール、６−テトラデカノール、７−テトラデカノールなど；アルコール、例えば、テルピネオール（α−テルピネオール）、β−テルピネオール、ゲラニオール、シネオール、セドラール、リナロール、４−テルピネオール、３，７−ジメチルオクタ−２，６−ジエン−１−オール、２−（２−プロピル）−５−メチル−シクロヘキサン−１−オール；イソパラフィン系炭化水素、例えば、イソデカン、イソドデカン；イソパラフィンの市販混合物、例えば、Ｅｘｘｏｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ製のＩｓｏｐａｒ（商標）Ｅ、Ｉｓｏｐａｒ（商標）Ｇ、Ｉｓｏｐａｒ（商標）Ｈ、Ｉｓｏｐａｒ（商標）Ｌ、Ｉｓｏｐａｒ（商標）Ｖ、Ｉｓｏｐａｒ（商標）Ｇ；Ｓｈｅｌｌ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ製のＳｈｅｌｌｓｏｌ（登録商標）；Ｃｈｅｖｒｏｎ Ｐｈｉｌｌｉｐｓ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ製のＳｏｌｔｒｏｌ（登録商標）；Ｍｏｂｉｌ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｃｏ．，Ｉｎｃ．製のＢｅｇａｓｏｌ（登録商標）；Ｉｄｅｍｉｔｓｕ Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ＣＯ．，Ｌｔｄ製のＩＰ Ｓｏｌｖｅｎｔ ２８３５；ナフテン油；芳香族溶媒、例えば、ベンゼン、ニトロベンゼン、トルエン、オルト−、メタ−およびパラ−キシレン、およびこれらの混合物；１，３，５−トリメチルベンゼン（メシチレン）；１，２−、１，３−および１，４−ジクロロベンゼンおよびこれらの混合物、トリクロロベンゼン；シアノベンゼン；フェニルシクロヘキサンおよびテトラリン；脂肪族溶媒、例えば、イソオクタン、ノナン、デカン、ドデカン；環状脂肪族溶媒、例えば、ジシクロヘキシルおよびデカリン；およびこれらの混合物および組み合わせからなる群から選択される非極性有機溶媒であってもよい。

いくつかの実施形態において、２種類以上の溶媒を使用してもよい。

溶媒は、層間組成物中、任意の適切または望ましい量で与えられてもよい。いくつかの実施形態において、溶媒は、層間組成物の合計重量を基準として、約５０〜約９０重量％、または約６０〜約８０重量％、または約７０〜約８０重量％の量で存在する。

本発明の層間組成物のために任意の適切または望ましい界面活性剤を選択してもよい。いくつかの実施形態において、界面活性剤は、シリコーン修飾されたポリアクリレート、ポリエステル修飾されたポリジメチルシロキサン、ポリエーテル修飾されたポリジメチルシロキサン、ポリアクリレート修飾されたポリジメチルシロキサン、ポリエステルポリエーテル修飾されたポリジメチルシロキサン、低分子量のエトキシル化ポリジメチルシロキサン、ポリエーテル修飾されたポリジメチルシロキサン、ポリエステル修飾されたポリメチルアルキルシロキサン、ポリエーテル修飾されたポリメチルアルキルシロキサン、アラルキル修飾されたポリメチルアルキルシロキサン、ポリエーテル修飾されたポリメチルアルキルシロキサン、ポリエーテル修飾されたポリジメチルシロキサン、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される。

いくつかの実施形態において、界面活性剤は、溶媒系シロキサンである。いくつかの実施形態において、界面活性剤は、シリコーン修飾されたポリアクリレートである。いくつかの実施形態において、界面活性剤の濃度は、約０．０１〜約２重量％、または約０．１〜約１．５重量％、または約０．５〜約１重量％であってもよい。界面活性剤は、ポリシロキサンコポリマーであってもよく、ＢＹＫ Ｃｈｅｍｉｃａｌから商品名ＢＹＫ（登録商標）３１０で市販されるポリエステル修飾されたポリジメチルシロキサン；ＢＹＫ Ｃｈｅｍｉｃａｌから商品名ＢＹＫ（登録商標）３３０で市販されるポリエーテル修飾されたポリジメチルシロキサン；ＢＹＫ Ｃｈｅｍｉｃａｌから商品名ＢＹＫ（登録商標）−ＳＩＬＣＬＥＡＮ ３７００で市販されるポリアクリレート修飾されたポリジメチルシロキサン（メトキシプロピルアセテート中、約２５重量％）；またはＢＹＫ Ｃｈｅｍｉｃａｌから商品名ＢＹＫ（登録商標）３７５で市販されるポリエステルポリエーテル修飾されたポリジメチルシロキサンが挙げられる。界面活性剤は、Ｓｉｌｓｕｒｆ（登録商標）Ａ００８の商品名でＳｉｌｔｅｃｈ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能な低分子量のエトキシル化ポリジメチルシロキサンであってもよい。さらなる詳細について、２０１２年１２月１７日に出願されたＬｉｕ等の米国特許出願番号第１３／７１６，８９２号を参照。

いくつかの実施形態において、界面活性剤が存在し、ポリエステル修飾されたポリジメチルシロキサン、ポリエーテル修飾されたポリジメチルシロキサン、ポリアクリレート修飾されたポリジメチルシロキサン、ポリエステルポリエーテル修飾されたポリジメチルシロキサン、低分子量のエトキシル化ポリジメチルシロキサン、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される。

界面活性剤は、層間組成物中、任意の適切または望ましい量で与えられてもよい。いくつかの実施形態において、界面活性剤は、層間組成物の合計重量を基準として、約０．０１〜約２重量％、約０．１〜約１．５重量％、または約０．５〜約１重量％の量で存在する。

層間組成物は、場合により、触媒を含んでいてもよい。本発明の層間組成物のために任意の適切または望ましい触媒を選択してもよい。いくつかの実施形態において、触媒は、ドデシルベンゼンスルホン酸（ＤＤＢＳＡ）、パラトルエンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸のアミン塩、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される。

触媒は、層間組成物中、任意の適切または望ましい量で与えられてもよい。いくつかの実施形態において、触媒は、層間組成物の合計重量を基準として、約０．０５〜約１．５重量％、または約０．０８〜約１．０重量％、または約０．１〜約０．５重量％の量で存在する。

いくつかの実施形態において、基材と、層間層と、導電性特徴とを備え、層間層が、下式のエポキシ化合物

〔式中、Ｘは、少なくとも２個〜約２０個の炭素原子、酸素原子を含み、Ｘは、芳香族部分を含まず、ｎは、約２〜約２０である〕と、ポリビニルフェノールと、メラミン樹脂と、溶媒と、任意要素の界面活性剤と、任意要素の触媒とを含む層間組成物から作られる膜、いくつかの実施形態において、熱によって硬化する膜を含む、デバイスが提供される。

デバイスは、任意の適切または望ましい方法によって作成することができる。いくつかの実施形態において、基材の上に導電性特徴を作成するためのプロセスは、基材の上に層間層を堆積させることと、層間層を硬化させ、層間層膜を作成することと、層間層膜の上に導電性組成物を堆積させ、堆積した特徴を作成することと、堆積した特徴を加熱し（またはアニーリングし）、導電性特徴を作成することとを含む。

任意の適切または望ましい材料を使用し、導電性特徴を作成することができる。いくつかの実施形態において、金属ナノ粒子インク組成物が選択される。Ｘｅｒｏｘ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎは、銀ナノ粒子技術に基づくインクジェットインク、フレキソグラフィーインクおよびグラビアインクを開発した。本明細書のいくつかの実施形態のために、これらのインクを選択してもよい。米国特許公開第２０１４／０３１２２８４号（出願番号第１３／８６６，７０４号）は、その要約に、銀ナノ粒子と、少量のポリマー材料（任意要素）と、インク媒剤とを含むナノ銀インク組成物を記載する。銀ナノ粒子と、少量のポリマー材料（任意要素）と、インク媒剤とを合わせることを含む、ナノ銀インク組成物を調製するためのプロセスが記載される。銀ナノ粒子と、少量のポリマー材料（任意要素）と、インク媒剤とを含むナノ銀インク組成物を与えることと、基材の上にナノ銀インク組成物を堆積させ、堆積した特徴を作成することと、基材の上に堆積した特徴を加熱し、基材の上に導電性特徴を作成することとを含む、インクジェット印刷プロセスを用いて基材の上に導電性特徴を作成するためのプロセスが記載される。

米国特許第８，３２４，２９４号は、その要約に、銀ナノ粒子と、樹脂と、インク媒剤とを含むナノ銀インク組成物を記載する。銀ナノ粒子と、樹脂と、インク媒剤とを含むナノ銀インク組成物を与えることと、基材の上にナノ銀インク組成物を堆積させ、堆積した特徴を作成することと、基材の上に堆積した特徴を加熱し、基材の上に導電性特徴を作成することとを含む、基材の上に導電性特徴を作成するためのプロセスが記載される。インクは、デカリンおよびビシクロヘキシルのような非極性溶媒中でうまく配合され、インクジェット印刷技術を用いてうまく印刷される。

その上に配置された導電性層を含む層間層および任意の１つ以上の層は、任意の適切または望ましい方法を用いて与えられてもよい。いくつかの実施形態において、層間層を堆積させることは、層間層を溶液堆積させることを含み、いくつかの実施形態において、溶液堆積させることは、スピンコーティング、浸漬コーティング、スプレーコーティング、スロットダイコーティング、フレキソグラフィー印刷、オフセット印刷、スクリーン印刷、グラビア印刷、インクジェット印刷、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される方法を含む。

デバイスの上に与えられる層間組成物、および／または場合によりナノ粒子インク組成物または他の層の堆積は、例えば、溶液堆積によって行われてもよい。溶液堆積は、例えば、基材の上に液体を堆積させ、コーティングまたは層を作成するプロセスを指す。これは、真空蒸着プロセスとは対照的である。本発明のプロセスは、他の溶液系プロセス、例えば、プレートを溶液に浸漬させたままにする必要があり、プレートの上に金属コーティングを作成するために電流を流したままにする必要もある電気メッキとも異なっている。本発明のプロセスは、他のプロセスと比較して、廃棄物の量が少なく、基材をコーティングするのに必要な時間が短いといったいくつかの利点も与える。溶液堆積は、例えば、基材の上に層間組成物をスピンコーティング、浸漬コーティング、スプレーコーティング、スロットダイコーティング、フレキソグラフィー印刷、オフセット印刷、スクリーン印刷、グラビア印刷またはインクジェット印刷することを含む。

層間組成物から作られる膜は、任意の適切または望ましい厚みでコーティングされてもよい。いくつかの実施形態において、層間層の乾燥した膜の厚みは、約０．２〜約５マイクロメートル、または約０．５〜約３マイクロメートル、または約０．７５〜約１マイクロメートルである。具体的な実施形態において、層間層のコーティングの厚みは、約０．２〜約１マイクロメートルである。

デバイスは、いくつかの実施形態において、本明細書に記載される層間組成物および層間組成物から作られる膜の特性を有していてもよい。いくつかの実施形態において、デバイスは、層間組成物から調製される熱によって硬化する膜を含み、熱によって硬化する膜は、水接触角が約６５度〜約９５度である。いくつかの実施形態において、熱によって硬化する膜は、表面粗さが約１ナノメートル〜約１０ナノメートルである。いくつかの実施形態において、熱によって硬化する膜は、ガラス転移温度が約−１０℃〜約１００℃である。いくつかの実施形態において、熱によって硬化する膜は、厚みが約０．１ミクロン（マイクロメートル）〜約５ミクロン（マイクロメートル）である。

本明細書のデバイスおよびプロセスは、金属インク組成物から導電性特徴を作成することを含んでいてもよい。いくつかの実施形態において、導電性組成物は、金属ナノ粒子インク組成物を含む。金属インク組成物（例えば、ナノ粒子金属インク、例えば、ナノ銀インク組成物）からの導電性特徴（例えば、導電性要素）の製造は、溶液処理およびフレキソグラフィー印刷およびグラビア印刷のプロセスを含む任意の適切な堆積技術を用い、他の任意の１つ以上の層を基材の上に作成する前または後の任意の適切なときに、基材の上に組成物を堆積させることによって行うことができる。従って、基材の上のインク組成物の堆積は、基材の上、または層状の材料をすでに有する基材、例えば、本発明の層間組成物が配置された基材の上で行われてもよい。

基材は、シリコン、ガラス板、プラスチック膜、シート、布地または合成紙を含む任意の適切な基材であってもよい。構造的に可撓性のデバイスのために、プラスチック基材、例えば、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリイミドシート、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）シート、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）シートなどを使用してもよい。基材の厚みは、例えば、約１０マイクロメートルから１０ミリメートルを超えるまでの任意の適切な厚みであってもよく、例示的な厚みは、特に、可撓性プラスチック基材の場合、約５０マイクロメートル〜約２ミリメートルであり、ガラスまたはシリコンのような剛性基材の場合、約０．４〜約１０ミリメートルである。いくつかの実施形態において、基材は、シリコン、ガラス板、プラスチック膜、シート、布地、紙およびこれらの組み合わせからなる群から選択される。

いくつかの実施形態において、本明細書のデバイスは、基材と、基材の上に配置された層間層と、層間層の上に配置された導電性インク組成物とを備えていてもよい。

堆積した導電性インク組成物の加熱は、任意の適切な温度または望ましい温度（例えば、約７０℃〜約２００℃）までの加熱であってもよく、または金属ナノ粒子が「アニーリング」するように誘発することによって、電子機器の導電性要素として使用するのに適した導電性層を作成するのに十分な任意の温度までの加熱であってもよい。加熱温度は、基材の上にすでに堆積した層の特性に悪い変化を生じさせない温度である。いくつかの実施形態において、低い加熱温度を使用することで、１４０℃より低いアニーリング温度を有する低コストプラスチック基材を使用することができる。

任意の適切な時間または望ましい時間、例えば、約０．０１秒〜約１０時間、加熱してもよい。空気中、不活性雰囲気中、例えば、窒素下またはアルゴン下、または還元雰囲気中、例えば、約１〜約２０体積％の水素を含む窒素下で加熱を行ってもよい。加熱は、常気圧または減圧下、例えば、約１０００ｍｂａｒ〜約０．０１ｍｂａｒで行うこともできる。

加熱は、（１）金属ナノ粒子をアニーリングし、および／または（２）金属ナノ粒子から任意要素の安定化剤を除去するために、加熱した材料または基材に十分なエネルギーを付与することができる任意の技術を包含する。加熱技術の例としては、熱による加熱（例えば、ホットプレート、炉、バーナーで）、赤外線（「ＩＲ」）照射、レーザー光線、フラッシュ光、マイクロ波照射または紫外線（「ＵＶ」）照射、またはこれらの組み合わせが挙げられる。

いくつかの実施形態において、加熱後、得られた導電性の線は、厚みが約０．１〜約２０マイクロメートル、または約０．１５〜約１０マイクロメートルの範囲である。特定の実施形態において、加熱後、得られた導電性の線は、厚みが約０．１〜約２マイクロメートルである。

堆積した金属インク組成物を加熱することによって製造される、得られた金属要素の導電性は、例えば、約１００シーメンス／センチメートル（Ｓ／ｃｍ）より大きく、約１，０００Ｓ／ｃｍより大きく、約２，０００Ｓ／ｃｍより大きく、約５，０００Ｓ／ｃｍより大きく、約１０，０００Ｓ／ｃｍより大きく、または約５０，０００Ｓ／ｃｍより大きい。

得られる要素を、例えば、薄膜トランジスタ、有機発光ダイオード、ＲＦＩＤタグ、太陽電池、ディスプレイ、印刷されたアンテナのような電子機器、および導電性の要素または構成要素を必要とする他の電子機器の電極、導電性パッド、相互接続、導電性の線、導電性のトラックなどの任意の適切または望ましい用途のために使用してもよい。

本開示のさまざまな種類をさらに規定するために、以下の実施例が提示される。これらの実施例は、単なる説明であることを意図しており、本開示の範囲を限定することを意図していない。また、部およびパーセントは、特に示されていない限り、重量基準である。

層間層の要素
Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈ製のネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル（ＮＰＧＤＥ）。
Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈ製のビスフェノールＡジグリシジルエーテル（ＢＰＡＤＥ）。
Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈ製のポリ（プロピレングリコール）ジグリシジルエーテル（ＰＬＧＤＥ）。平均数分子量Ｍｎは約３８０である。
Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈ製のポリ（４−ビニルフェノール）（ＰＶＰ）、分子量はほぼ２５，０００。
ポリ（メラミン コ−ホルムアルデヒド）、Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈ製のメチル化物の８４重量％１−ブタノール（ＰＭＭＦ）溶液。
ＢＹＫ製のＢＹＫ（登録商標）−ＳＩＬＣＬＥＡＮ ３７００、ＯＨ−官能基化シリコーン修飾されたポリアクリレート溶液。
Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈ製のプロピレングリコールメチルエチルアセテート（ＰＧＭＥＡ）溶媒。

層間層溶液の調製
表１に示されるような割合のそれぞれの要素で与えられる要素を含む層間組成物の実施例１〜５を調製した。表２に示される量で与えられる要素を含む実施例６および７、比較例８および９の層間組成物を調製した。層間層溶液を以下の工程に従って調製した。

工程１。
１０〜３０％のＰＶＰ溶液を調製する。７０〜９０グラムのプロピレングリコールメチルエチルアセテート（ＰＧＭＥＡ）溶媒をガラス瓶に入れ、次いで、約２５０ｒｐｍ／分〜ほぼ５００ｒｐｍ／分で磁気攪拌しつつ、１０〜３０グラムのＰＶＰをこの溶媒にゆっくりと加える。ＰＶＰがＰＧＭＥＡ溶媒に完全に溶解し、溶液が透明になるまで、攪拌を約１〜２時間維持する。

工程２。
全ての要素を合わせる。以下のように、示された量で、ガラス瓶の中で要素を合わせた。最初にガラス瓶に溶媒の残りを入れ、エポキシ樹脂を加え、樹脂を溶媒に完全に分散させ、次いで、ＰＭＭＦを入れ、ＰＶＰ溶液を加える前に、ＰＭＭＦを混合物に確実に分散させる。混合物を１７５ＲＰＭで少なくとも２時間、ロールミルで混合する。

銀ナノ粒子インク組成物
米国特許公開第２０１４／０３１２２８４号（出願番号第１３／８６６，７０４号）に記載されるように銀ナノ粒子インクを調製した。

銀ナノ粒子粉末と、ビシクロヘキサンおよびフェニルシクロヘキサンの比率３：２の溶媒混合物とを混合することによって、銀ナノ粒子インク組成物を調製した。銀ナノ粒子は、５０重量％の銀配合物である。銀ナノ粒子を溶媒中で混合した後、１．０μｍのシリンジフィルタを用いて組成物を濾過した。組成物を、１０ｐＬカートリッジを取り付けたＤＭＰ−２８００インクジェットプリンタを用いて印刷した。印刷し、熱によってアニーリングした後、導電性が高い特徴が作られた。

実施例１〜４の硬化条件は、１２０℃で３０分であった。実施例５の硬化条件は、１６０℃で５時間であった。

表２に示されるような量で与えられる要素を含む層間組成物の実施例６および７、比較例８および９を調製し、ここで、％は重量％である。

スピンコーティングおよび硬化プロセス
実施例１〜７、比較例８〜９のそれぞれのコーティング溶液を、ＳＣＳ Ｐ６７００ Ｓｐｉｎ Ｃｏａｔｅｒを用い、顕微鏡のあらかじめ洗浄したガラスにコーティングした。コーティング速度を１００ｒｐｍ、５秒に設定し、次いで、１６００ｒｐｍまで上げ、この速度に６０秒間維持した。次いで、コーティングされたサンプルを、１２０℃のホットプレートに置くか、または炉に入れ、表１に示されるように３０分〜５時間硬化させた。

印刷プロセスおよび特性決定
上述の銀ナノ粒子インクを、１０ｐＬのカートリッジを取り付けたＤｉｍａｔｉｘ ＤＭＰ２８００を用い、全てのノズルを完全に動かして印刷し、球状の液滴を生成した。コーティングされていないガラスと、層間層でコーティングされたガラスに、幅が約７０〜８０ミクロンの線を印刷した。実施例１〜９の層間層を、約１００ナノメートル〜約１０００ナノメートルの厚みで与えた。コーティングされていないガラスおよび層間層でコーティングされたガラスに印刷すると、図１（コーティングされていないガラス）および図２（層間層でコーティングされたガラス）に示されるように、均一な縁を有する直線を得た。熱焼結したとき、線の形状の変形は観察されなかった。全ての印刷された線は、約１２０℃〜約１６０℃で約３０〜約３００分アニーリングした後、導電性が高かった。しかし、ビスフェノールＡジグリシジルエーテル（ＢＰＡＤＥ）を加えて配合された層間層膜は、基材、特に、ガラスに対する接着性が悪い。

図３および図４は、銀インクの広がりを層間層配合物によって制御することができることを示す。例えば、インクの広がりは、エポキシ／ＰＶＰの比率、ＰＭＭＦ／ＰＶＰの比率、界面活性剤の添加および硬化条件、他のプロセスの選択によって制御することができる。図３および図４において、上述のインク組成物を、約７０〜８０ミクロンの線幅で上述のように印刷した。

図３は、ガラス基材の上にコーティングされた、実施例１の層間層を含む、層間層がコーティングされた基材の上でのインクの広がりを示す。層間層の乾燥した膜は、厚みが約２００ナノメートルである。

図４は、ガラス基材の上にコーティングされた、実施例４の層間層を含む、層間層がコーティングされた基材の上でのインクの広がりを示す。層間層を約２００ナノメートルの厚みでコーティングした。

図５および図６は、インクの広がりの比較、異なる層間組成物およびインクの広がりに対する界面活性剤の影響を示す。図５は、実施例２の層間層配合物を示す。図６は、実施例３の層間層配合物を示す。

印刷し、１２０℃で３０分間アニーリングした後、導電性の線の表面にＳｃｏｔｃｈ（登録商標）Ｍａｇｉｃ（商標）Ｔａｐｅ（３Ｍ）を貼り付け、次いで、Ｓｃｏｔｃｈ（登録商標）Ｍａｇｉｃ（商標）Ｔａｐｅ（３Ｍ）を表面から剥がすことによって、印刷された線に接着試験を行った。剥がしたテープをＸｅｒｏｘ（登録商標）４２００紙に貼り付けた。層間層を使用しなかった場合、接着性は非常に悪く、図７に示されるように、大量のインク線が剥がれた。対照的に、実施例１〜４の本発明の実施形態の層間層でコーティングされたガラスの場合、インクの接着性は非常に良好であった。図８に示されるように、剥がれた銀インク線はなかった。

実施例６および７、比較例８および９の層間組成物の特性を測定した。走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用い、膜が生成したかどうかを観察し、膜形成特性を決定した。

コーティングされた膜の表面にＳｃｏｔｃｈ（登録商標）Ｍａｇｉｃ（商標）Ｔａｐｅ（３Ｍ）を貼り付け、コーティング膜が剥がれるかどうかを目で見て評価することによって、ガラス基材に対する膜接着性を特性決定した。

印刷された銀線の表面にＳｃｏｔｃｈ（登録商標）Ｍａｇｉｃ（商標）Ｔａｐｅ（３Ｍ）を貼り付け、印刷された銀線が剥がれるかどうかを目で見て評価することによって、層間層膜に対する銀インクの接着性も特性決定した。

層間組成物の上のナノ伝導性インクの濡れ性を、印刷線の幅によって測定した。印刷の品質を、印刷された線の解像度によって特性決定した。

抵抗率の測定に基づき、導電性を計算した。抵抗率＝Ω×高さ×幅／長さ、導電性＝１／抵抗率。印刷された線の抵抗率を、Ｋｅｉｔｈｌｅｙ ＳＣＳ−４２００を用いて測定した。印刷された線の段差の高さおよび幅を、Ｂｒｕｋｅｒ ＤｅｋｔａｋＸＴ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｒｏｆｉｌｏｍｅｔｅｒを用いて測定した。

実施例６および７、比較例８および９の特性を表３に示す。

ここで、Ｏは、その特性の存在を示す。
Δは、その特性の部分的な存在を示す。
Ｘは、その特性が存在しないことを示す。
Ｎ／Ａは、データを集めなかったことを示す。

表３の結果からわかるように、脂肪族エポキシ化合物を含有する本発明の実施形態の実施例６および７は、全てまたは大部分の望ましい特性を示す。脂肪族および芳香族のエポキシ化合物の組み合わせを含有する比較例８は、望ましい特性のうち、２つだけを有する。芳香族エポキシ化合物を含有する比較例９は、いずれの望ましい特性も有さなかった。

Claims (10)

1. 層間組成物であって、
   下式のエポキシ化合物
   〔式中、Ｘは、少なくとも２個〜約２０個の炭素原子、酸素原子を含み、Ｘは、芳香族部分を含まず、ｎは、約２〜約２０である〕と、
   ポリビニルフェノールと、
   メラミン樹脂と、
   溶媒と、
   任意要素の界面活性剤と、
   任意要素の触媒とを含む、層間組成物。
2. Ｘは、式
   を有する、請求項１に記載の層間組成物。
3. エポキシ化合物は、式
   を有し、ｎは、１〜１０である、請求項１に記載の層間組成物。
4. ポリビニルフェノールは、ポリ（４−ビニルフェノール）、ポリ（ビニルフェノール）／ポリ（アクリル酸メチル）、ポリ（ビニルフェノール）／ポリ（メタクリル酸メチル）、ポリ（４−ビニルフェノール）／ポリ（ビニルメチルケトン）、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１に記載の層間組成物。
5. 層間組成物は、約２５℃での表面張力が約１８ｍＮ／ｍ〜約４０ｍＮ／ｍである、請求項１に記載の層間組成物。
6. 層間組成物は、約２５℃での粘度が約２ｃｐ〜約１５０ｃｐである、請求項１に記載の層間組成物。
7. デバイスであって、
   基材と、
   層間層と、
   導電性特徴とを備え、
   前記層間層が、
   下式のエポキシ化合物
   〔式中、Ｘは、少なくとも２個〜約２０個の炭素原子、酸素原子を含み、Ｘは、芳香族部分を含まず、ｎは、約２〜約２０である〕と、
   ポリビニルフェノールと、
   メラミン樹脂と、
   溶媒と、
   任意要素の界面活性剤と、
   任意要素の触媒とを含む層間組成物から作られる、熱によって硬化する膜を含む、デバイス。
8. 熱によって硬化する膜は、水接触角が約６５度〜約９５度である、請求項７に記載のデバイス。
9. 熱によって硬化する膜は、表面粗さが約１ナノメートル〜約１０ナノメートルである、請求項７に記載のデバイス。
10. 熱によって硬化する膜は、ガラス転移温度が約−１０℃〜約１００℃である、請求項７に記載のデバイス。