JP2021036067A - 物品の製造方法及び金属焼結体層形成用組成物 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基材の表面上に、金属粒子を含有する組成物を用いて金属粒子含有層を形成する工程と、金属粒子が焼結して金属の焼結体層が形成されるように、金属粒子含有層に向けてレーザーを照射する工程と、を含み、金属粒子が、メジアン径が4.0μm以上であるフレーク状の金属粒子含む、物品の製造方法。
【選択図】図3
Description
図1は、一実施形態に係る物品の製造方法により得られる物品を示す斜視図である。図1に示すように、物品1は、基材2と、基材2上に設けられた焼結体層3とを備える。焼結体層3が接する基材2の表面には粗化部2a(図2(c)参照)が形成されていてよい。粗化部2aは焼結体層3の形成に使用されるレーザー照射に起因して形成されるものである。
図2(a)〜図2(c)を参照しながら、物品1の製造方法について説明する。この製造方法は、基材2の表面上に、金属粒子を含有する組成物を用いて金属粒子含有層3Pを形成する工程と、金属粒子が焼結して金属の焼結体層3が形成されるように、金属粒子含有層3Pに向けてレーザーを照射する工程とを含む。ここで、金属粒子は焼結性金属を含んでいてよく、例えば銀(Ag)、銅(Cu)、パラジウム(Pd)、アルミニウム(Al)、ニッケル(Ni)等を含んでいてよい。焼結性金属とは、その金属粒子が融点よりも低い温度で加熱されたときに焼結体を形成し得る金属である。以下、焼結性金属が銅である場合を例にとり説明をするが、以下の記載において、「銅」を焼結性を有する他の「金属」に置き換えてよい。
この工程は、基材2の一面2f側の面上に、銅粒子を含有する組成物を塗布することによって、当該組成物からなる(を含有する)金属粒子含有層3Pを形成する工程である(図2(a)参照)。本実施形態においては、基材2表面のパターンを形成すべき領域を覆うように、金属粒子含有層3Pを形成する。つまり、本実施形態においては基材2表面の所定の領域にいわゆるベタ塗りで金属粒子含有層3Pを形成する。
この工程は、銅粒子が焼結して銅の焼結体層3が形成されるように、金属粒子含有層3Pに向けてレーザーを照射する工程である(図2(b)参照)。この際、焼結体層3が接する基材2の表面に粗化部2aが形成されてよい。粗化部2aはレーザー照射に起因する熱、すなわち、レーザー照射による直接的な熱及びレーザー照射によって加熱された銅粒子の熱によって形成されると推察される。
上記物品の製造方法において用いられる組成物は、メジアン径が4.0μm以上であるフレーク状の金属粒子を含む。このような組成物は、レーザー照射により金属粒子を焼結させて基材上にひび割れの抑制された焼結体層を形成する際に有用である。そのため、上記組成物は、レーザー焼成による金属焼結体層形成用組成物であると言うことができる。
以下に示す銅粒子(A)又は銅粒子(a)46質量部と、以下に示す有機溶剤(B)54質量部とを混合し、実施例及び比較例の、金属焼結体層形成用の組成物を調製した。なお、銅粒子のメジアン径(D50)は、サブミクロン粒子アナライザN5 PLUS(ベックマン・コールター社)を用いて測定した。
銅粒子(A)として、フレーク状銅粒子(A1)と球状銅粒子(A2)とを30:70(質量比)で混合したもの(フレーク状銅粒子(A1)の含有量に対する球状銅粒子(A2)の含有量の割合:2.3)を用いた。
フレーク状銅粒子(A1):製品名:3L3N、福田金属箔粉工業株式会社、メジアン径(D50):5.0μm
球状銅粒子(A2):製品名:CH0200、三井金属鉱業株式会社、メジアン径(D50):0.15μm
銅粒子(a)として、フレーク状銅粒子(a1)と球状銅粒子(A2)とを30:70(質量比)で混合したもの(フレーク状銅粒子(a1)の含有量に対する球状銅粒子(A2)の含有量の割合:2.3)を用いた。
フレーク状銅粒子(a1):製品名:1050YF、三井金属鉱業株式会社、メジアン径(D50):1.4μm
球状銅粒子(A2):製品名:CH0200、三井金属鉱業株式会社、メジアン径(D50):0.15μm
有機溶剤として、テルピネオール70質量部と、テルソルブMTPH(商品名、日本テルペン化学株式会社製、イソボルニルシクロヘキサノール)30質量部とを混合したものを使用した。
ポリプロピレン基板(サイズ:40mm×25mm)の両サイドをテープでマスキングした。このポリプロピレン基板を平板ステージに載せ、その表面に上記組成物を塗布した。テープの厚さ分だけ、ポリプロピレン基板上にペースト状の組成物が残るようにした。その後、110℃の温度条件で60分にわたって乾燥処理を行った。これにより、ポリプロピレン基板上に厚さ約20μmの金属粒子含有層を形成した。
ポリプロピレン基板上の金属粒子含有層に向けてレーザーを照射した。装置として、ファイバーレーザー加工機(株式会社群協製作所製、GunyucutGT1300R)を使用した。以下の条件でレーザーの照射を行った。
・レーザー:近赤外レーザー(波長:1.07μm)
・レーザー平均出力:18W
・周波数:500Hz
・スキャンスピード:500〜4000mm/s
・レーザー照射雰囲気:大気
(外観写真)
図3(a)及び図3(b)は、それぞれ実施例及び比較例の金属焼結体層形成用の組成物を用いて形成された金属焼結体層の外観写真である。同図に示されるように、実施例の方が、比較例に比して金属焼結体層のひび割れが抑制されていた。実施例の金属焼結体層を爪で引っかいても焼結体層が剥がれ落ちることはなかった。
実施例の金属焼結体層形成用の組成物を用いて形成された金属焼結体層(配線)について、導電性評価を行った。具体的には、テスターを用いて配線15mm長さにおける抵抗値を測定した。実施例の配線抵抗は3.2Ωであり、優れた導電性を有していた。
Claims (7)
- 基材の表面上に、金属粒子を含有する組成物を用いて金属粒子含有層を形成する工程と、
前記金属粒子が焼結して金属の焼結体層が形成されるように、前記金属粒子含有層に向けてレーザーを照射する工程と、を含み、
前記金属粒子が、メジアン径が4.0μm以上であるフレーク状の金属粒子含む、物品の製造方法。 - 前記焼結体層の厚さが5.0〜60μmである、請求項1に記載の製造方法。
- 空気雰囲気下において、前記金属粒子含有層に向けてレーザーを照射する、請求項1又は2に記載の製造方法。
- 前記金属粒子が銅粒子である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の製造方法。
- 前記基材が樹脂で形成されている、請求項1〜4のいずれか一項に記載の製造方法。
- 前記樹脂がポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート又は液晶プラスチックである、請求項5に記載の製造方法。
- メジアン径が4.0μm以上であるフレーク状の金属粒子を含む、レーザー焼成による金属焼結体層形成用組成物。
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