JP2023134118A - Carbon ink, electronic component, and manufacturing method for the same - Google Patents

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允嵩 小野
Masataka Ono
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Abstract

To provide a carbon ink capable of forming thin conductive wiring by screen printing, an electronic component using the same, and a manufacturing method for the same.SOLUTION: A carbon ink includes one or more types of carbon particles, polyvinylpyrrolidone, and a solvent. The carbon particles preferably include graphite and carbon black. The total content of the carbon particles is preferably 15 to 40 mass% with respect to the total mass of the carbon ink. The content of polyvinylpyrrolidone is preferably 1 to 25 mass%. The solvent content is preferably 30 to 75 mass%.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、カーボンインク、電子部品及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a carbon ink, an electronic component, and a manufacturing method thereof.

従来、金属や炭素等の導電性粒子を分散剤に分散した導電性ペーストは、電極や電子回路の形成、プリント配線基板のスルーホール接続、プリント配線のクロスオーバー、半導体素子のマウント、ヒートシンク等の放熱部材の接着等の多岐にわたる用途で使用されている。例えば、導電性ペーストを種々の基材上に塗布又は印刷し、導電性塗膜を形成した後、これを加熱し乾燥硬化することによって、配線や電極を形成することができる。 Conventionally, conductive pastes in which conductive particles such as metals and carbon are dispersed in dispersants have been used for forming electrodes and electronic circuits, through-hole connections on printed wiring boards, crossovers in printed wiring, mounting semiconductor elements, heat sinks, etc. It is used in a wide variety of applications such as bonding heat dissipating materials. For example, wiring and electrodes can be formed by applying or printing a conductive paste onto various base materials to form a conductive coating film, and then heating and drying and curing the film.

特許文献1には、金属粒子、滑剤としての脂肪酸エステル、及びエポキシ樹脂やアクリル樹脂等の熱硬化性樹脂を含む導電性ペーストが開示されている。金属粒子の分散性を高める目的で金属粒子を粉砕し、さらに金属粒子同士の凝集を防ぐための滑剤を添加することにより、導電性に優れた配線等を形成できるとしている。 Patent Document 1 discloses a conductive paste containing metal particles, a fatty acid ester as a lubricant, and a thermosetting resin such as an epoxy resin or an acrylic resin. It is said that by pulverizing metal particles to improve their dispersibility and adding a lubricant to prevent agglomeration of metal particles, it is possible to form wiring and the like with excellent conductivity.

特許文献2には、金属からなるコア粒子の表面をカーボンで被覆した被覆金属粒子と、バインダー樹脂と、有機溶剤とを含む導電ペーストを使用した導電性回路の形成方法が開示されている。金属コア粒子がカーボンで被覆されているので、金属の酸化が抑制され、金属成分のマイグレーションを防止できるとしている。 Patent Document 2 discloses a method for forming a conductive circuit using a conductive paste containing coated metal particles in which the surface of a metal core particle is coated with carbon, a binder resin, and an organic solvent. Since the metal core particles are coated with carbon, oxidation of the metal is suppressed and migration of metal components can be prevented.

特開2007-265802号公報Japanese Patent Application Publication No. 2007-265802 特開2018-022755号公報Japanese Patent Application Publication No. 2018-022755

しかしながら、特許文献1に開示されたように金属粒子を主な導電体として使用すると、金属粒子の酸化が生じて導電性が低下したり、金属成分のマイグレーションが起きて配線同士の短絡が生じたりすることが懸念される。また、特許文献2に開示されたように金属コア粒子をカーボンで被覆することは、コスト増となるためユーザーに受け入れられない懸念がある。 However, when metal particles are used as the main conductor as disclosed in Patent Document 1, oxidation of the metal particles occurs and the conductivity decreases, or migration of metal components occurs and short circuits between wirings occur. There are concerns that this will happen. Furthermore, coating metal core particles with carbon as disclosed in Patent Document 2 increases costs, and there is a concern that this may not be accepted by users.

本発明は、スクリーン印刷によって細い導電配線を形成することが可能な、カーボンインクと、そのカーボンインクを用いた電子部品及びその製造方法を提供する。 The present invention provides a carbon ink that allows thin conductive wiring to be formed by screen printing, an electronic component using the carbon ink, and a method for manufacturing the same.

[1] 1種以上の炭素粒子と、ポリビニルピロリドンと、溶剤と、を含むカーボンインク。
[2] 前記炭素粒子として、黒鉛と、カーボンブラックとを含む、[1]に記載のカーボンインク。
[3] 前記カーボンインクの総質量に対する、前記炭素粒子の合計の含有量が、15~40質量%である、[1]又は[2]に記載のカーボンインク。
[4] 前記カーボンインクの総質量に対する、前記ポリビニルピロリドンの含有量が、1~25質量%である、[1]~[3]の何れか一項に記載のカーボンインク。
[5] 前記カーボンインクの総質量に対する、前記溶剤の含有量が、30~75質量%である、[1]~[4]の何れか一項に記載のカーボンインク。
[6] 前記溶剤がイオン交換水、エチレングリコール、2-エチルヘキサノール、ジメチルスルホキシド、エタノール、及びN-メチル-2-ピロリドンから選択される1種以上である、[1]~[5]の何れか一項に記載のカーボンインク。
[7] さらにポリカーボネート樹脂を含む、[1]~[6]の何れか一項に記載のカーボンインク。
[8] さらにイソシアネートとポリオール樹脂を含む、[1]~[7]の何れか一項に記載のカーボンインク。
[9] スクリーン印刷によって基材上に、[1]~[8]の何れか一項に記載のカーボンインクの硬化物からなる1本以上の導電配線を形成する工程を備えた電子部品の製造方法であって、前記導電配線は前記基材上において互いに平行に配置されたラインアンドスペースの導電パターンを形成し、前記導電パターンを構成する少なくとも1本の導電配線の線幅が0.05~0.20mmであり、前記導電パターンを構成する少なくとも1ヶ所のスペース幅が0.05~0.20mmである、電子部品の製造方法。
[10] 基材と、前記基材上に形成された導電層とを備えた電子部品であって、前記導電層は[1]~[8]の何れか一項に記載のカーボンインクの硬化物によって形成されている、電子部品。
[1] Carbon ink containing one or more types of carbon particles, polyvinylpyrrolidone, and a solvent.
[2] The carbon ink according to [1], wherein the carbon particles include graphite and carbon black.
[3] The carbon ink according to [1] or [2], wherein the total content of the carbon particles is 15 to 40% by mass with respect to the total mass of the carbon ink.
[4] The carbon ink according to any one of [1] to [3], wherein the content of the polyvinylpyrrolidone is 1 to 25% by mass with respect to the total mass of the carbon ink.
[5] The carbon ink according to any one of [1] to [4], wherein the content of the solvent is 30 to 75% by mass with respect to the total mass of the carbon ink.
[6] Any of [1] to [5], wherein the solvent is one or more selected from ion-exchanged water, ethylene glycol, 2-ethylhexanol, dimethyl sulfoxide, ethanol, and N-methyl-2-pyrrolidone. The carbon ink described in item (1) above.
[7] The carbon ink according to any one of [1] to [6], further comprising a polycarbonate resin.
[8] The carbon ink according to any one of [1] to [7], further comprising an isocyanate and a polyol resin.
[9] Manufacture of an electronic component comprising the step of forming one or more conductive wirings made of the cured carbon ink according to any one of [1] to [8] on a base material by screen printing. In the method, the conductive wiring forms a line-and-space conductive pattern arranged parallel to each other on the base material, and the line width of at least one conductive wiring constituting the conductive pattern is 0.05 to 0.05. 0.20 mm, and the width of at least one space constituting the conductive pattern is 0.05 to 0.20 mm.
[10] An electronic component comprising a base material and a conductive layer formed on the base material, wherein the conductive layer is formed by curing the carbon ink according to any one of [1] to [8]. Electronic components made of objects.

本発明のカーボンインクは、従来の導電性ペーストと同様に使用することができ、金属粒子を含まずとも良好な導電性を示す導電配線等を形成することができる。また、スクリーン印刷によって高精細の導電パターン(例えばL/Sパターン)を形成することができる。また、炭素粒子は、耐候性や耐薬品性にも優れるので、本発明のカーボンインクによって形成した導電配線等は耐候性や耐薬品性に優れる。
本発明の電子部品の製造方法によれば、基材上にカーボンインクをスクリーン印刷することによって高精細のL/Sパターンを備えた電子部品を容易に製造することができる。
The carbon ink of the present invention can be used in the same manner as conventional conductive pastes, and can form conductive wiring and the like that exhibit good conductivity even without containing metal particles. Furthermore, a high-definition conductive pattern (for example, an L/S pattern) can be formed by screen printing. Further, since carbon particles have excellent weather resistance and chemical resistance, conductive wiring and the like formed using the carbon ink of the present invention have excellent weather resistance and chemical resistance.
According to the method for manufacturing an electronic component of the present invention, an electronic component having a high-definition L/S pattern can be easily manufactured by screen printing carbon ink on a base material.

本発明は、SDGs目標12「つくる責任 つかう責任」に資すると考えられる。 The present invention is considered to contribute to SDGs Goal 12, "Responsible Production and Responsible Consumption."

実施例4のカーボンインクがゲル状態であることを確認した測定結果である。This is a measurement result confirming that the carbon ink of Example 4 is in a gel state. 実施例5のカーボンインクがゲル状態であることを確認した測定結果である。This is a measurement result confirming that the carbon ink of Example 5 is in a gel state. 実施例6のカーボンインクがゲル状態であることを確認した測定結果である。This is a measurement result confirming that the carbon ink of Example 6 is in a gel state. 比較例1のカーボンインクが液体状態であることを確認した測定結果である。These are measurement results confirming that the carbon ink of Comparative Example 1 is in a liquid state. 比較例2のカーボンインクが液体状態であることを確認した測定結果である。These are measurement results confirming that the carbon ink of Comparative Example 2 is in a liquid state.

≪カーボンインク≫
本発明の第一態様は、1種以上の炭素粒子と、ポリビニルピロリドン(PVP)と、溶剤と、を含むカーボンインクである。
≪Carbon ink≫
A first aspect of the invention is a carbon ink that includes one or more types of carbon particles, polyvinylpyrrolidone (PVP), and a solvent.

[炭素粒子]
本態様のカーボンインクが含む炭素粒子は、少なくとも粒子中心部が炭素原子同士の結合によって形成された炭素材料からなる粒子である。炭素粒子の表面又は一部には任意の官能基が付加されていてもよい。また、炭素粒子の表面又は一部は任意の化学的修飾によって処理されていても構わない。炭素粒子の総質量に対する炭素の含有量は90~100質量%が好ましく、95~100質量%がより好ましく、99~100質量%がさらに好ましい。一般に炭素のみからなる(実質的な不純物を含まない)材料を炭素材料という。本態様が含む炭素粒子は炭素材料であることが好ましい。
[Carbon particles]
The carbon particles included in the carbon ink of this embodiment are particles made of a carbon material in which at least the center of the particle is formed by bonds between carbon atoms. Any functional group may be added to the surface or part of the carbon particles. Furthermore, the surface or part of the carbon particles may be treated with any chemical modification. The content of carbon based on the total mass of the carbon particles is preferably 90 to 100% by mass, more preferably 95 to 100% by mass, and even more preferably 99 to 100% by mass. In general, a material consisting only of carbon (containing no substantial impurities) is called a carbon material. The carbon particles included in this embodiment are preferably a carbon material.

本態様が含む好適な炭素粒子として、例えば、黒鉛(グラファイト)、カーボンブラック、フラーレン、カーボンナノチューブ、グラフェン等が挙げられる。これらのうち、少なくとも黒鉛とカーボンブラックを含むことが好ましい。黒鉛及びカーボンブラックは品質が安定しており、粒子径、粒子同士の凝集状態、表面性状(官能基)等を比較的容易に制御することができる。 Suitable carbon particles included in this embodiment include, for example, graphite, carbon black, fullerene, carbon nanotubes, graphene, and the like. Among these, it is preferable to include at least graphite and carbon black. Graphite and carbon black have stable quality, and the particle size, agglomeration state of particles, surface properties (functional groups), etc. can be controlled relatively easily.

黒鉛は人造黒鉛、天然黒鉛のいずれであってもよい。天然黒鉛としては、例えば鱗片状黒鉛、塊状黒鉛、土状黒鉛等が挙げられる。黒鉛の粒径としては、例えば1μm~900μm程度が挙げられる。本態様のカーボンインクを用いて高精細の印刷を可能とする観点から、黒鉛の平均粒子径は5~30μmが好ましく、6~15μmがより好ましく、7~9μmがさらに好ましい。ここで、黒鉛の平均粒径はレーザー回折法で測定された球相当径の体積基準のメジアン径(D50)である。 The graphite may be either artificial graphite or natural graphite. Examples of natural graphite include flaky graphite, lumpy graphite, and earthy graphite. The particle size of graphite is, for example, about 1 μm to 900 μm. From the viewpoint of enabling high-definition printing using the carbon ink of this embodiment, the average particle diameter of graphite is preferably 5 to 30 μm, more preferably 6 to 15 μm, and even more preferably 7 to 9 μm. Here, the average particle size of graphite is the volume-based median diameter (D 50 ) of the equivalent sphere diameter measured by laser diffraction.

カーボンブラックは、黒鉛が一般に有する巨大な結晶構造を有しない点で黒鉛と区別される。カーボンブラックとしては、例えばファーネスブラック、チャンネルブラック、アセチレンブラック、サーマルブラック、中空シェル状のケッチェンブラック等が挙げられる。カーボンブラックの一次粒子径としては、例えば1nm~500nm程度が挙げられる。通常、カーボンブラックの粒子同士は凝集する。本態様のカーボンインクを用いて高精細の印刷を可能とする観点から、カーボンブラックの平均一次粒子径は、5~200nmが好ましく、10~100nmが好ましく、20~50nmがさらに好ましい。ここで、カーボンブラックの平均一次粒子径は、乾燥したカーボンブラックを電子顕微鏡で観察し、無作為に選択される一次粒子の最長の差し渡しの長さを粒子径として測定し、100個の一次粒子の測定値の算術平均値とする。 Carbon black is distinguished from graphite in that it does not have the macrocrystalline structure that graphite generally has. Examples of carbon black include furnace black, channel black, acetylene black, thermal black, and hollow shell Ketjen black. The primary particle size of carbon black is, for example, about 1 nm to 500 nm. Usually, carbon black particles aggregate with each other. From the viewpoint of enabling high-definition printing using the carbon ink of this embodiment, the average primary particle diameter of carbon black is preferably 5 to 200 nm, preferably 10 to 100 nm, and more preferably 20 to 50 nm. Here, the average primary particle diameter of carbon black is determined by observing dried carbon black with an electron microscope and measuring the longest length of randomly selected primary particles as the particle diameter. shall be the arithmetic mean value of the measured values.

本態様のカーボンインクの総質量に対する、前記炭素粒子の合計の含有量は、例えば15~40質量%が好ましく、20~36質量%がより好ましく、22~33質量%がさらに好ましい。
上記範囲の下限値以上であると、本態様のカーボンインクを印刷する際のカスレを抑制し、カーボンインクの塗膜からなる導電配線の導電性を高めることができる。
上記範囲の上限値以下であると、本態様のカーボンインクを高精細で印刷し、線幅の狭い狭ピッチの導電パターンを形成することができる。
The total content of the carbon particles relative to the total mass of the carbon ink of this embodiment is, for example, preferably 15 to 40% by mass, more preferably 20 to 36% by mass, and even more preferably 22 to 33% by mass.
When it is at least the lower limit of the above range, it is possible to suppress blurring when printing the carbon ink of the present embodiment and improve the conductivity of the conductive wiring made of the carbon ink coating.
When it is below the upper limit of the above range, the carbon ink of this embodiment can be printed with high definition and a conductive pattern with a narrow line width and a narrow pitch can be formed.

本態様のカーボンインクの総質量に対する、黒鉛の含有量は、例えば10~35質量%が好ましく、15~30質量%がより好ましく、20~25質量%がさらに好ましい。
上記範囲の下限値以上であると、本態様のカーボンインクを印刷する際のカスレを抑制し、カーボンインクの塗膜からなる導電配線の導電性を高めることができる。
上記範囲の上限値以下であると、本態様のカーボンインクを高精細で印刷し、線幅の狭い狭ピッチの導電パターンを形成することができる。
The content of graphite relative to the total mass of the carbon ink of this embodiment is, for example, preferably 10 to 35% by mass, more preferably 15 to 30% by mass, and even more preferably 20 to 25% by mass.
When it is at least the lower limit of the above range, it is possible to suppress blurring when printing the carbon ink of the present embodiment and improve the conductivity of the conductive wiring made of the carbon ink coating.
When it is below the upper limit of the above range, the carbon ink of this embodiment can be printed with high definition and a conductive pattern with a narrow line width and a narrow pitch can be formed.

本態様のカーボンインクの総質量に対する、カーボンブラックの含有量は、例えば1~20質量%が好ましく、3~15質量%がより好ましく、5~10質量%がさらに好ましい。
上記範囲の下限値以上であると、本態様のカーボンインクを印刷する際のカスレを抑制し、カーボンインクの塗膜からなる導電配線の導電性を高めることができる。
上記範囲の上限値以下であると、本態様のカーボンインクを高精細で印刷し、線幅の狭い狭ピッチの導電パターンを形成することができる。
The content of carbon black relative to the total mass of the carbon ink of this embodiment is, for example, preferably 1 to 20% by mass, more preferably 3 to 15% by mass, and even more preferably 5 to 10% by mass.
When it is at least the lower limit of the above range, it is possible to suppress blurring when printing the carbon ink of the present embodiment and improve the conductivity of the conductive wiring made of the carbon ink coating.
When it is below the upper limit of the above range, the carbon ink of this embodiment can be printed with high definition and a conductive pattern with a narrow line width and a narrow pitch can be formed.

本態様のカーボンインクにおいて、黒鉛の含有量はカーボンブラックの含有量よりも多いことが好ましい。この関係を容易に実現する観点から、カーボンブラックはケッチェンブラックであることが好ましい。 In the carbon ink of this embodiment, the content of graphite is preferably greater than the content of carbon black. From the viewpoint of easily realizing this relationship, it is preferable that the carbon black is Ketjenblack.

[PVP]
本態様のカーボンインクの総質量に対する、ポリビニルピロリドン(PVP)の含有量は、例えば1~25質量%が好ましく、2~20質量%がより好ましく、3~15質量%がさらに好ましく、5~10質量%が最も好ましい。
上記範囲の下限値以上であると、本態様のカーボンインクを印刷する際のカスレを抑制し、カーボンインクの塗膜からなる導電配線の導電性を高めることができる。
上記範囲の上限値以下であると、本態様のカーボンインクを高精細で印刷し、線幅の狭い狭ピッチの導電パターンを形成することができる。
[PVP]
The content of polyvinylpyrrolidone (PVP) with respect to the total mass of the carbon ink of this embodiment is, for example, preferably 1 to 25% by mass, more preferably 2 to 20% by mass, even more preferably 3 to 15% by mass, and 5 to 10% by mass. % by weight is most preferred.
When it is at least the lower limit of the above range, it is possible to suppress blurring when printing the carbon ink of the present embodiment and improve the conductivity of the conductive wiring made of the carbon ink coating.
When it is below the upper limit of the above range, the carbon ink of this embodiment can be printed with high definition and a conductive pattern with a narrow line width and a narrow pitch can be formed.

本態様が含むPVPのK値は、50以上が好ましく、80以上がより好ましく、90以上がさらに好ましく、100以上がより一層好ましく、110以上が特に好ましく、120以上が最も好ましい。K値の上限値は、通常200以下であり、160以下が好ましい。
上記の好適な範囲であると、本態様のカーボンインクが印刷性に優れた粘弾性を示しうる。一般にK値は分子量と相関する粘性特性値として知られており、毛細管粘度計により測定される水に対する相対粘度値(25℃)をFikentscherの式に適用して計算される。当該式及び測定方法は、ISO 1628-1:1998(E)に規定されている。
The K value of PVP included in this embodiment is preferably 50 or more, more preferably 80 or more, even more preferably 90 or more, even more preferably 100 or more, particularly preferably 110 or more, and most preferably 120 or more. The upper limit of the K value is usually 200 or less, preferably 160 or less.
Within the above preferred range, the carbon ink of this embodiment can exhibit viscoelasticity with excellent printability. Generally, the K value is known as a viscosity characteristic value that correlates with molecular weight, and is calculated by applying the relative viscosity value (at 25° C.) to water measured by a capillary viscometer to the Fikentscher equation. The formula and measurement method are specified in ISO 1628-1:1998(E).

[溶剤]
本態様が含む溶剤は、PVPとの相溶性が優れるものが好ましい。例えば、20~25℃においてPVPを10質量%以上の濃度で溶解しうる有機溶剤が好ましい。このような有機溶剤としては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、2級ブタノール、アミルアルコール、2-エチル-ヘキサノール、シクロヘキサノール、フェノール、エチレングリコール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、グリセリン、ジアセトンアルコール、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、グリコールエーテル、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ヘキサメチレングリコール、ポリエチレングリコール400、2,2-チオジエタノール、γ-ブチロラクトン、乳酸エチル、メチルシクロヘキサノン、ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロホルム、2-ピロリドン、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)、N-ビニル-2-ピロリドン、ブチルアミン、シクロヘキシルアミン、アニリン、エチレンジアミン、ピリジン、モルホリン、2-アミノエタノール、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、アミノエチルエタノールアミン、2-ヒドロキシエチルモルホリン、2-アミノ-2-メチル-1-プロパノール、ニトロメタン、ニトロエタン、ジメチルスルホキシド等が挙げられる。また、溶剤として水を含有してもよい。本態様が含む溶剤は1種であってもよく、2種以上の混合液であってもよい。
[solvent]
The solvent included in this embodiment is preferably one that has excellent compatibility with PVP. For example, it is preferable to use an organic solvent that can dissolve PVP at a concentration of 10% by mass or more at 20 to 25°C. Examples of such organic solvents include methanol, ethanol, propanol, isopropanol, butanol, secondary butanol, amyl alcohol, 2-ethyl-hexanol, cyclohexanol, phenol, ethylene glycol, 1,3-butanediol, 1, 4-butanediol, glycerin, diacetone alcohol, formic acid, acetic acid, propionic acid, glycol ether, diethylene glycol, triethylene glycol, hexamethylene glycol, polyethylene glycol 400, 2,2-thiodiethanol, γ-butyrolactone, ethyl lactate, methyl Cyclohexanone, dichloromethane, dichloroethane, chloroform, 2-pyrrolidone, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), N-vinyl-2-pyrrolidone, butylamine, cyclohexylamine, aniline, ethylenediamine, pyridine, morpholine, 2-aminoethanol, diethanolamine , triethanolamine, aminoethylethanolamine, 2-hydroxyethylmorpholine, 2-amino-2-methyl-1-propanol, nitromethane, nitroethane, dimethyl sulfoxide and the like. Moreover, water may be contained as a solvent. The number of solvents included in this embodiment may be one, or a mixture of two or more.

上記の溶剤の中でも、イオン交換水(DW)、エチレングリコール、2-エチルヘキサノール、ジメチルスルホキシド(DMSO)、エタノール、及びNMPから選択される1種以上の溶剤が特に好ましい。DWとDMSOの混合液も特に好ましく、その混合比は体積基準でDW:DMSO=0.5:1.5~1.5:0.5が好ましく、0.8:1.2~1.2~0.8がより好ましく、0.9:1.1~1.1:0.9がさらに好ましい。
これらの特に好ましい溶剤は、PVPをよく溶解するだけでなく、PVPと混合したときにゲル化し、本態様のカーボンインクに粘稠性を与え、ゲル状にすることができる。この結果、本態様のカーボンインクの塗工性、印刷性が向上し、カスレを抑制し、線幅の狭い狭ピッチの導電パターンを容易に形成することができる。
Among the above solvents, one or more solvents selected from ion-exchanged water (DW), ethylene glycol, 2-ethylhexanol, dimethyl sulfoxide (DMSO), ethanol, and NMP are particularly preferred. A mixed solution of DW and DMSO is also particularly preferable, and the mixing ratio thereof is preferably DW:DMSO=0.5:1.5 to 1.5:0.5, and 0.8:1.2 to 1.2 on a volume basis. ~0.8 is more preferred, and 0.9:1.1 ~ 1.1:0.9 is even more preferred.
These particularly preferred solvents not only dissolve PVP well, but also gel when mixed with PVP, giving the carbon ink of this embodiment viscosity and making it gel-like. As a result, the coatability and printability of the carbon ink of this embodiment are improved, fading is suppressed, and a conductive pattern with a narrow line width and a narrow pitch can be easily formed.

本態様のカーボンインクの総質量に対する、前記溶剤の含有量は、例えば30~75質量%が好ましく、40~70質量%がより好ましく、50~65質量%がさらに好ましい。
上記範囲の下限値以上であると、本態様のカーボンインクを印刷する際のカスレを抑制し、カーボンインクの塗膜からなる導電配線の導電性を高めることができる。
上記範囲の上限値以下であると、本態様のカーボンインクを高精細で印刷し、線幅の狭い狭ピッチの導電パターンを形成することができる。
The content of the solvent relative to the total mass of the carbon ink of this embodiment is, for example, preferably 30 to 75% by mass, more preferably 40 to 70% by mass, and even more preferably 50 to 65% by mass.
When it is at least the lower limit of the above range, it is possible to suppress blurring when printing the carbon ink of the present embodiment and improve the conductivity of the conductive wiring made of the carbon ink coating.
When it is below the upper limit of the above range, the carbon ink of this embodiment can be printed with high definition and a conductive pattern with a narrow line width and a narrow pitch can be formed.

[粘度]
本態様のカーボンインクの粘度は、23℃において、20~200Pが望ましい。ここで、粘度はE型粘度計を用いてロータを50rpmで回転させた120秒後の値である。
[viscosity]
The viscosity of the carbon ink of this embodiment is preferably 20 to 200 P at 23°C. Here, the viscosity is the value measured 120 seconds after the rotor was rotated at 50 rpm using an E-type viscometer.

[ポリカーボネート樹脂]
本態様のカーボンインクは、1種以上のポリカーボネート樹脂を含むことが好ましい。ポリカーボネート樹脂を含むカーボンインクは、基材上に塗布された塗膜の形状が維持されやすい。このため、高精細の印刷が反映された高精細の導電パターンを形成することが容易になる。ポリカーボネート樹脂は、PVPとの相溶性が高く、PVPを溶解し易い前記溶剤に対する分散性も高いので好ましい。特にポリカーボネート樹脂のPVP及びNMPに対する分散性が優れるので、前記溶剤としてNMPを使用した場合にはポリカーボネート樹脂が合せて配合されていることが好ましい。
[Polycarbonate resin]
The carbon ink of this embodiment preferably contains one or more polycarbonate resins. Carbon ink containing polycarbonate resin tends to maintain the shape of a coating film applied onto a substrate. Therefore, it becomes easy to form a high-definition conductive pattern that reflects high-definition printing. Polycarbonate resin is preferred because it has high compatibility with PVP and high dispersibility in the solvents that easily dissolve PVP. In particular, since polycarbonate resin has excellent dispersibility in PVP and NMP, when NMP is used as the solvent, it is preferable that polycarbonate resin is also blended.

ポリカーボネート樹脂の粘度平均分子量は、上記の効果を高める観点から、1.4万~2.6万が好ましく、1.6万~2.4万がより好ましく、1.8万~2.2万がさらに好ましい。ここで、粘度平均分子量は、トルエン又はメチルエチルケトンに15質量%濃度で溶解した溶液について、25℃で毛細管粘度計により流下時間を測定し、固有粘度[η]を求め、マーク・フウィンク・桜田の粘度式[η]=KMから算出して求められた値である。 From the viewpoint of enhancing the above effects, the viscosity average molecular weight of the polycarbonate resin is preferably 14,000 to 26,000, more preferably 16,000 to 24,000, and 18,000 to 22,000. is even more preferable. Here, the viscosity average molecular weight is determined by measuring the flow time of a solution dissolved in toluene or methyl ethyl ketone at a concentration of 15% by mass using a capillary viscometer at 25°C, determining the intrinsic viscosity [η], and calculating the intrinsic viscosity [η]. This is a value calculated from the formula [η]=KM a .

ポリカーボネート樹脂のガラス転移温度Tgは、上記の効果を高める観点から、140~220℃が好ましく、155~200℃がより好ましく、170~190℃がさらに好ましい。ここで、TgはJIS K 7121の方法で測定された値である。 From the viewpoint of enhancing the above effects, the glass transition temperature Tg of the polycarbonate resin is preferably 140 to 220°C, more preferably 155 to 200°C, and even more preferably 170 to 190°C. Here, Tg is a value measured by the method of JIS K 7121.

本態様のカーボンインクの総質量に対するポリカーボネート樹脂の含有量は、上記の効果を高める観点から、1~10質量%が好ましく、2~8質量%がより好ましく、3~6質量%がさらに好ましい。 The content of the polycarbonate resin relative to the total mass of the carbon ink of this embodiment is preferably 1 to 10% by mass, more preferably 2 to 8% by mass, and even more preferably 3 to 6% by mass, from the viewpoint of enhancing the above effects.

[イソシアネート及びポリオール樹脂]
本態様のカーボンインクは、1種以上のイソシアネート及び1種以上のポリオール樹脂を含むことが好ましい。基材上に塗布されたカーボンインクの塗膜が乾燥硬化してなる導電層の構造的強度を高めることができる。
[Isocyanate and polyol resin]
The carbon ink of this embodiment preferably contains one or more isocyanates and one or more polyol resins. The structural strength of the conductive layer formed by drying and curing the carbon ink coating applied to the base material can be increased.

イソシアネートは分子中にイソシアネート基が2つ以上あるものが好ましい。複数のイソシアネート基を有すると、ポリオール樹脂の水酸基と反応してウレタン結合を形成するとともに、ポリオール樹脂同士を架橋し、導電層の構造的強度をより高めることができる。イソシアネート基は熱や紫外線等によって脱離する保護基で修飾されていてもよい。つまり、イソシアネートはブロック型イソシアネートであってもよい。
また、イソシアネートは分子中に芳香環式基又は脂肪族環式基を有するものが好ましい。環式基を分子中に有するイソシアネートは導電層の構造的強度をより一層高めることができる。
The isocyanate preferably has two or more isocyanate groups in the molecule. When it has a plurality of isocyanate groups, it reacts with the hydroxyl group of the polyol resin to form a urethane bond, and also crosslinks the polyol resins, thereby making it possible to further increase the structural strength of the conductive layer. The isocyanate group may be modified with a protective group that is removed by heat, ultraviolet rays, or the like. That is, the isocyanate may be a block type isocyanate.
Further, the isocyanate preferably has an aromatic cyclic group or an aliphatic cyclic group in the molecule. Isocyanate having a cyclic group in its molecule can further enhance the structural strength of the conductive layer.

具体的に好ましいイソシアネートとして、例えば、キシレンジイソシアネート(XDI)、1,4-ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン(H6XDI)、1,5-ペンタメチレンジイソシアネート(PDI)、1,6-ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、トルエンジイソシアネート(TDI)、及びこれらのイソシアヌレート体、ビウレット体、アロファネート体、トリメチロールプロパン(TMP)アダクト体が挙げられる。また、大榮産業株式会社製のブロネート(登録商標)シリーズとして販売されているブロックポリイソシアネートが挙げられる。 Specifically preferred isocyanates include, for example, xylene diisocyanate (XDI), 1,4-bis(isocyanatomethyl)cyclohexane (H6XDI), 1,5-pentamethylene diisocyanate (PDI), and 1,6-hexamethylene diisocyanate (HDI). ), isophorone diisocyanate (IPDI), toluene diisocyanate (TDI), and their isocyanurates, biurets, allophanates, and trimethylolpropane (TMP) adducts. Another example is block polyisocyanate sold as the Bronate (registered trademark) series manufactured by Taiei Sangyo Co., Ltd.

ポリオール樹脂は分子中に複数の水酸基を有する高分子である。その水酸基価としては、例えば120~180KOHmg/gが挙げられる。ポリオール樹脂の主鎖の系統としては、ポリエステル系、ポリエーテル系、ポリカーボネート系等が挙げられる。 Polyol resin is a polymer having multiple hydroxyl groups in its molecule. Its hydroxyl value is, for example, 120 to 180 KOHmg/g. Examples of the main chain systems of polyol resins include polyester systems, polyether systems, polycarbonate systems, and the like.

本態様のカーボンインクの総質量に対するイソシアネート及びポリオール樹脂の合計の含有量は、上記の効果を高める観点から、1~20質量%が好ましく、2~10質量%がより好ましく、3~8質量%がさらに好ましい。
イソシアネートとポリオール樹脂の配合比は、NCO等量と水酸基価から算出されるOH等量を勘案して適宜設定すればよい。
The total content of isocyanate and polyol resin with respect to the total mass of the carbon ink of this embodiment is preferably 1 to 20% by mass, more preferably 2 to 10% by mass, and 3 to 8% by mass from the viewpoint of enhancing the above effects. is even more preferable.
The blending ratio of isocyanate and polyol resin may be appropriately set in consideration of the NCO equivalent and the OH equivalent calculated from the hydroxyl value.

イソシアネートとポリオール樹脂の反応を促進する触媒を本態様のカーボンインクに配合してもよい。触媒の種類は特に制限されず、ウレタン結合を触媒する公知の触媒を適用することができる。例えば、ジドデカン酸ジブチルすず、オクチル酸亜鉛、オクチル酸すず、ナフテン酸コバルト、ナフテン酸亜鉛、アセチルアセトン鉄などの有機金属錯体、塩化アルミニウム、塩化錫、塩化亜鉛などの金属塩等が挙げられる。配合量は適宜調整される。 A catalyst that promotes the reaction between the isocyanate and the polyol resin may be added to the carbon ink of this embodiment. The type of catalyst is not particularly limited, and any known catalyst that catalyzes urethane bonding can be used. Examples include organometallic complexes such as dibutyltin didodecanoate, zinc octylate, tin octylate, cobalt naphthenate, zinc naphthenate, iron acetylacetonate, and metal salts such as aluminum chloride, tin chloride, and zinc chloride. The blending amount is adjusted as appropriate.

≪電子部品の製造方法≫
本発明の第二態様は、スクリーン印刷(孔版印刷)によって基材上に、第一態様のカーボンインクの硬化物からなる1本以上の導電配線を形成する工程を備えた電子部品の製造方法である。
≪Manufacturing method of electronic components≫
A second aspect of the present invention is a method for manufacturing an electronic component, comprising the step of forming one or more conductive wirings made of the cured carbon ink of the first aspect on a base material by screen printing (stencil printing). be.

本態様で用いる基材は特に制限されず、例えば電子部品の基板、フィルム等が挙げられる。基材を構成する材料としては、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリ乳酸、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、エチレン酢酸ビニル、環状オレフィン・コポリマー等のポリオレフィン樹脂、ビニル系樹脂、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリイミド、アクリル系樹脂、セルロース系樹脂、ポリウレタン、シリコーンゴム、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニル等の合成樹脂が挙げられる。その他、紙、布、ガラス、セラミックス等でもよい。 The base material used in this embodiment is not particularly limited, and examples thereof include substrates for electronic components, films, and the like. Examples of materials constituting the base material include polyester resins such as polyethylene terephthalate, polylactic acid, and polyethylene naphthalate, polyolefin resins such as polyethylene, polypropylene, polystyrene, ethylene vinyl acetate, and cyclic olefin copolymers, vinyl resins, polycarbonates, and polyamides. , polyimide, acrylic resin, cellulose resin, polyurethane, silicone rubber, polyvinyl chloride, polyvinyl fluoride, and other synthetic resins. In addition, paper, cloth, glass, ceramics, etc. may be used.

本態様で行うスクリーン印刷は常法を適用することができる。例えば適切な目開きを有するスクリーンに版膜を重ね、印刷する画線以外の目を塞いだ版を作製し、この版上にカーボンインクを置き、スキージと呼ばれるゴム製のヘラでカーボンインクを版上で加圧しながら移動する。これによりカーボンインクは版膜が開いた部分のスクリーンを透過し、版の下に置いた基材の表面に押し出される仕組みを利用して印刷することができる。 A conventional method can be applied to the screen printing performed in this embodiment. For example, a plate film is layered on a screen with appropriate openings to create a plate that closes off the lines other than the lines to be printed, carbon ink is placed on this plate, and a rubber spatula called a squeegee is used to apply the carbon ink to the plate. Move while applying pressure. This allows the carbon ink to pass through the screen where the printing plate is open and be pushed out onto the surface of the base material placed under the printing plate, allowing printing to be performed.

スクリーン印刷で用いるスクリーンの目開きは、(メッシュピッチ)-(線径)で表される。一般に目開きが狭いと高精細の印刷が可能になるが、インクに対する要求が厳しくなる。本態様で用いるカーボンインクはPVP及び溶剤が炭素粒子を高度に分散しているので、狭い目開きのスクリーンを使用することができる。本態様のスクリーン印刷の目開きは、100μm以下とすることができ、50μm以下も可能であり、20~40μmが好ましい。 The opening of the screen used in screen printing is expressed as (mesh pitch) - (wire diameter). In general, narrower apertures enable high-definition printing, but place stricter demands on the ink. Since the carbon ink used in this embodiment has carbon particles highly dispersed in PVP and a solvent, a screen with a narrow opening can be used. The opening of screen printing in this embodiment can be 100 μm or less, 50 μm or less is also possible, and 20 to 40 μm is preferable.

本態様のスクリーン印刷によって、基材上に1本以上の導電配線が互いに平行に配置されたラインアンドスペースの導電パターン(L/Sパターン)を形成することができる。この際、L/Sパターンを構成する導電配線の少なくとも1ヶ所の線幅が0.05~0.20mmであり、前記L/Sパターンを構成する少なくとも1ヶ所のスペース幅が0.05~0.20mmとすることができる。さらに精細にすると、L/Sパターンを構成する導電配線の少なくとも1ヶ所の線幅が0.05~0.15mmであり、前記L/Sパターンを構成する少なくとも1ヶ所のスペース幅が0.05~0.15mmとすることができる。 By screen printing in this embodiment, a line-and-space conductive pattern (L/S pattern) in which one or more conductive wirings are arranged in parallel to each other can be formed on a base material. At this time, the line width of at least one part of the conductive wiring constituting the L/S pattern is 0.05 to 0.20 mm, and the space width of at least one part of the L/S pattern is 0.05 to 0. .20mm. To make it more precise, the line width of at least one part of the conductive wiring constituting the L/S pattern is 0.05 to 0.15 mm, and the space width of at least one part constituting the L/S pattern is 0.05 mm. ~0.15mm.

L/Sパターンにおいて、線幅が上記範囲である箇所と、スペース幅が上記範囲である箇所とは、同一箇所であってもよいし、異なる箇所であってもよい。例えば、第一導電配線と第二導電配線が互いに隣接する箇所のスペース幅が上記範囲であり、かつ、そのスペース幅を測定した箇所の第一導電配線及び第二導電配線のうち少なくとも一方の線幅が上記範囲でありうる。 In the L/S pattern, a location where the line width is within the above range and a location where the space width is within the above range may be the same location or may be different locations. For example, the space width at the location where the first conductive wiring and the second conductive wiring are adjacent to each other is within the above range, and at least one of the first conductive wiring and the second conductive wiring at the location where the space width was measured. The width may be within the above range.

なお、L/Sパターンを構成する複数の導電配線同士が共通の端子に接続されていたり、1本の導電配線が折り返してL/Sパターンを形成していたりしてもよい。ただし、L/Sパターンにおいて、本来ライン部分としてつながっているべき箇所がカスレて断線していたり、本来スペース部分として離れているべき箇所が線太りによって導電配線同士が短絡していたりしないことが良品であることの前提である。 Note that a plurality of conductive wires forming the L/S pattern may be connected to a common terminal, or a single conductive wire may be folded back to form the L/S pattern. However, in the L/S pattern, it is important that the parts that should originally be connected as line parts are not frayed and disconnected, and the parts that should be separated as space parts are not short-circuited due to thick wires. This is the premise of being.

第一態様のカーボンインクの硬化物からなる導電配線の表面抵抗率は、例えば0.90~1.10mmの線幅で、厚さ4~10μmのとき、20~150Ω/□を示すことができ、好ましくは20~100Ω/□を示し得る。同様に、例えば0.10~0.15mmの線幅で、厚さ4~10μmのとき、20~150Ω/□を示すことができ、好ましくは20~120Ω/□を示し得る。 The surface resistivity of the conductive wiring made of the cured carbon ink of the first embodiment can be 20 to 150 Ω/□ when the line width is 0.90 to 1.10 mm and the thickness is 4 to 10 μm. , preferably 20 to 100Ω/□. Similarly, for example, when the line width is 0.10 to 0.15 mm and the thickness is 4 to 10 μm, it can exhibit 20 to 150 Ω/□, preferably 20 to 120 Ω/□.

≪電子部品≫
本発明の第三態様は、基材と、前記基材上に形成された導電層とを備えた電子部品であって、前記導電層は第一態様のカーボンインクの硬化物によって形成されている、電子部品である。本発明の第二態様の製造方法によって第三態様の電子部品を製造できるが、第三態様の電子部品は他の方法によって製造されたものであってもよい。
前記基材の説明は第二態様の基材と同様であるので重複する説明は省略する。
前記導電層の形成範囲は、基材が有する任意の面の全体でもよいし、一部でもよい。
基材が有する面の一部のみに導電層が形成されている場合、例えば、当該導電層は導電配線、導電回路、電極などを含む微細な導電パターンであってもよいし、導電層が設けられた領域と設けられていない領域とが同じ面に存在して大まかに区分けされただけであってもよい。前記導電層は前記基材上でL/Sパターンを形成していてもよい。前記導電層は他の任意の導電層に積層されていてもよいし、他の導電層に積層されずに絶縁性の基材上で独立した導電層を成していてもよい。
≪Electronic parts≫
A third aspect of the present invention is an electronic component comprising a base material and a conductive layer formed on the base material, wherein the conductive layer is formed of a cured product of the carbon ink according to the first aspect. , electronic components. Although the electronic component of the third aspect can be manufactured by the manufacturing method of the second aspect of the present invention, the electronic component of the third aspect may be manufactured by other methods.
The description of the base material is the same as that of the base material of the second embodiment, so duplicate description will be omitted.
The formation range of the conductive layer may be the entirety or a part of any surface of the base material.
When a conductive layer is formed only on a part of the surface of the base material, for example, the conductive layer may be a fine conductive pattern including conductive wiring, conductive circuits, electrodes, etc. The provided area and the non-provided area may be present on the same surface and only roughly divided. The conductive layer may form an L/S pattern on the base material. The conductive layer may be laminated on any other conductive layer, or may be formed as an independent conductive layer on an insulating base material without being laminated on any other conductive layer.

導電層の平均厚さとしては、例えば、10nm以上100μm以下が好ましく、20nm以上50μm以下がより好ましく、30nm以上30μm以下がさらに好ましい。
導電層の平均厚さが前記下限値以上であれば、高い導電性を発揮でき、前記上限値以下であれば、導電層の基材に対する密着性がより向上する。
導電層の平均厚さは、無作為に選択される10箇所について厚さを測定し、その測定値を平均した値である。
The average thickness of the conductive layer is, for example, preferably 10 nm or more and 100 μm or less, more preferably 20 nm or more and 50 μm or less, and even more preferably 30 nm or more and 30 μm or less.
If the average thickness of the conductive layer is equal to or greater than the lower limit value, high conductivity can be exhibited, and if the average thickness is equal to or less than the upper limit value, the adhesion of the conductive layer to the base material is further improved.
The average thickness of the conductive layer is the value obtained by measuring the thickness at 10 randomly selected locations and averaging the measured values.

本態様の電子部品は多様な電子機器を構成することができ、例えば、静電容量式のタッチセンサ、タッチスイッチ、タッチパッド、感圧スイッチ、押釦の導電接点等に好適である。 The electronic component of this embodiment can constitute various electronic devices, and is suitable for, for example, a capacitive touch sensor, a touch switch, a touch pad, a pressure-sensitive switch, a conductive contact of a push button, and the like.

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例だけに限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to the following Examples.

[実施例1]
<カーボンインクの調製>
黒鉛粉末(日本黒鉛社製、型番:CSP-E、形状:鱗状、平均粒径8μm)20質量%、ケッチェンブラック(ライオンスペシャリティケミカルズ社製、型番:カーボンECP、平均一次粒径30nm)6質量%、PVP(アシュランド・ジャパン社製、型番:K-120、K値=114~130)8質量%、ポリカーボネート樹脂(三菱ガス化学社製、型番:FPC-0220、粘度平均分子量20000、ガラス転移温度Tg=184℃)5質量%、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)(純正化学社製)55質量%、ジドデカン酸ジブチルすず(純正化学社製)1質量%、ブロック型イソシアネート(大榮産業社製、ブロネート1901、芳香環式基含有タイプ)3質量%、ポリエステル系ポリオール樹脂(東ソー社製、型番:ニッポラン131、水酸基価=142~160KOHmg/g)2質量%の配合率で混合し、カーボンインクを得た。
[Example 1]
<Preparation of carbon ink>
Graphite powder (manufactured by Nippon Graphite Co., Ltd., model number: CSP-E, shape: scaly, average particle size 8 μm) 20% by mass, Ketjen black (manufactured by Lion Specialty Chemicals, model number: Carbon ECP, average primary particle size 30 nm) 6 mass %, PVP (manufactured by Ashland Japan Co., Ltd., model number: K-120, K value = 114-130) 8% by mass, polycarbonate resin (manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Co., Ltd., model number: FPC-0220, viscosity average molecular weight 20000, glass transition Temperature Tg = 184°C) 5% by mass, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) (manufactured by Junsei Kagaku Co., Ltd.) 55% by mass, dibutyltin didodecanoate (manufactured by Junsei Kagaku Co., Ltd.) 1% by mass, block type isocyanate (Daei Kagaku Co., Ltd.) Mixed at a blending ratio of 3% by mass of Bronate 1901 (manufactured by Sangyo Co., Ltd., aromatic ring containing type) and 2% by mass of polyester polyol resin (manufactured by Tosoh Corporation, model number: Nipporan 131, hydroxyl value = 142-160 KOHmg/g). , carbon ink was obtained.

<L/Sパターンの形成>
目開き35μmのスクリーンに、L/Sパターンが描画された版膜をセットし、スクリーン印刷機を使用して、上記で調製したカーボンインクをPETフィルム上(基材上)にスクリーン印刷した。これを150℃で15~30分乾燥硬化させ、基材上にL/Sパターンを形成した。表1~3の配線ピッチは、使用した版膜のライン幅(導電配線幅):スペース幅=1:1の合計値である。つまり、配線ピッチ2.0mmはライン幅1.0mmとスペース幅1.0mmの版で印刷したことを表す。基材上に形成したL/Sパターンから無作為に選択した3箇所のライン幅(線幅)をデジタルマイクロスコープで測定した。その平均値を表1に示す。さらにラインの厚さと長さを測定し、抵抗計(ADVANTEST社製、型番:R6551)を使用して2端子法で表面抵抗率(単位:Ω/□)を測定した。その結果を表2に示す。
10枚の基材に対してスクリーン印刷を連続して行い(スクリーンや版膜を洗浄せずに連続して印刷し)、10枚目の印刷においてカスレによる断線が生じず、線太りによる短絡も生じなかった。この良好な結果を表1に、連続印刷「OK」と記した。
<Formation of L/S pattern>
The printing plate on which the L/S pattern was drawn was set on a screen with an opening of 35 μm, and the carbon ink prepared above was screen printed on the PET film (on the base material) using a screen printing machine. This was dried and cured at 150° C. for 15 to 30 minutes to form an L/S pattern on the base material. The wiring pitches in Tables 1 to 3 are the total value of the line width (conductive wiring width) of the plate film used: space width = 1:1. In other words, a wiring pitch of 2.0 mm means printing with a plate having a line width of 1.0 mm and a space width of 1.0 mm. Line widths (line widths) at three points randomly selected from the L/S pattern formed on the base material were measured using a digital microscope. The average values are shown in Table 1. Furthermore, the thickness and length of the line were measured, and the surface resistivity (unit: Ω/□) was measured using a two-terminal method using a resistance meter (manufactured by ADVANTEST, model number: R6551). The results are shown in Table 2.
Screen printing was performed continuously on 10 sheets of substrate (continuous printing without cleaning the screen or plate film), and there was no disconnection due to fading on the 10th sheet printing, and there was no short circuit due to thick lines. It did not occur. This good result was noted in Table 1 as continuous printing "OK".

[実施例2]
ポリカーボネート樹脂(FPC-0220)に代えて、ポリカーボネート樹脂(三菱ガス化学社製、型番:PCZ-200、粘度平均分子量21500、ガラス転移温度Tg=174℃)に変更した以外は、実施例1と同様にしてカーボンインクを調製し、L/Sパターンを形成した。その結果を表1~2に記載する。
[Example 2]
Same as Example 1 except that polycarbonate resin (manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Co., Ltd., model number: PCZ-200, viscosity average molecular weight 21500, glass transition temperature Tg = 174°C) was used instead of polycarbonate resin (FPC-0220). A carbon ink was prepared and an L/S pattern was formed. The results are listed in Tables 1 and 2.

[実施例3]
ポリカーボネート樹脂(FPC-0220)に代えて、ポリカーボネート樹脂(三菱ガス化学社製、型番:FPC-8225、粘度平均分子量20000、ガラス転移温度Tg=156℃)に変更した以外は、実施例1と同様にしてカーボンインクを調製し、L/Sパターンを形成した。その結果を表1~2に記載する。
[Example 3]
Same as Example 1 except that polycarbonate resin (manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Co., Ltd., model number: FPC-8225, viscosity average molecular weight 20000, glass transition temperature Tg = 156°C) was used instead of polycarbonate resin (FPC-0220). A carbon ink was prepared and an L/S pattern was formed. The results are listed in Tables 1 and 2.

[実施例4]
ポリカーボネート樹脂を配合せず、PVPの配合量を12質量%に増量し、溶剤のNMPの配合量を56質量%に増量したした以外は、実施例1と同様にしてカーボンインクを調製し、L/Sパターンを形成した。その結果を表1~2に記載する。
[Example 4]
A carbon ink was prepared in the same manner as in Example 1, except that no polycarbonate resin was added, the amount of PVP was increased to 12% by mass, and the amount of NMP as a solvent was increased to 56% by mass. /S pattern was formed. The results are listed in Tables 1 and 2.

[実施例5]
黒鉛粉末(CSP-E)に代えて、黒鉛粉末(伊藤黒鉛工業社製、型番:CP2000M、土状、平均粒径3.49μm)に変更した以外は、実施例1と同様にしてカーボンインクを調製し、L/Sパターンを形成した。その結果を表1~2に記載する。
[Example 5]
Carbon ink was applied in the same manner as in Example 1, except that graphite powder (manufactured by Ito Graphite Industries Co., Ltd., model number: CP2000M, clay-like, average particle size 3.49 μm) was used instead of graphite powder (CSP-E). An L/S pattern was formed. The results are listed in Tables 1 and 2.

[実施例6]
黒鉛粉末(CSP-E)の配合量を23質量%に増量し、ケッチェンブラック(カーボンECP)の配合量を7質量%に増量し、PVPの配合量を5質量%に減量し、ポリカーボネート樹脂を配合せず、NMPを配合せず、溶剤のエチレングリコールを65質量%で配合し、ジドデカン酸ジブチルすず、イソシアネート及びポリオール樹脂を配合しなかった以外は、実施例1と同様にしてカーボンインクを調製し、L/Sパターンを形成した。その結果を表1~2に記載する。
[Example 6]
The amount of graphite powder (CSP-E) was increased to 23% by mass, the amount of Ketjen black (carbon ECP) was increased to 7% by mass, the amount of PVP was decreased to 5% by mass, and the amount of polycarbonate resin was increased to 23% by mass. A carbon ink was produced in the same manner as in Example 1, except that ethylene glycol as a solvent was not blended, NMP was not blended, 65% by mass of ethylene glycol was blended, and dibutyltin didodecanoate, isocyanate, and polyol resin were not blended. An L/S pattern was formed. The results are listed in Tables 1 and 2.

Figure 2023134118000001
Figure 2023134118000001

Figure 2023134118000002
Figure 2023134118000002

[比較例1]
黒鉛粉末(CSP-E)の配合量を18質量%に減量し、ケッチェンブラック(カーボンECP)の配合量を5質量%に減量し、PVPを配合せず、ポリカーボネート樹脂を配合せず、ポリエステル樹脂(東洋紡STC社製、型番:バイロンE712、水酸基価=6~21KOHmg/g、固形分32質量%、溶媒:酢酸カルビトール)18質量%を配合し、NMPを配合せず、溶剤のジエチレングリコールモノエチルエーテルアセタートを53質量%で配合した以外は、実施例1と同様にしてカーボンインクを調製し、L/Sパターンを形成した。その結果を表3に記載する。
[Comparative example 1]
The blending amount of graphite powder (CSP-E) was reduced to 18% by mass, the blending amount of Ketjen black (carbon ECP) was reduced to 5% by mass, PVP was not blended, polycarbonate resin was not blended, polyester Resin (manufactured by Toyobo STC, model number: Vylon E712, hydroxyl value = 6 to 21 KOHmg/g, solid content 32% by mass, solvent: carbitol acetate) is blended with 18% by mass, no NMP is blended, and the solvent diethylene glycol mono A carbon ink was prepared in the same manner as in Example 1, except that 53% by mass of ethyl ether acetate was blended, and an L/S pattern was formed. The results are listed in Table 3.

[比較例2]
黒鉛粉末(CSP-E)の配合量を18質量%に減量し、ケッチェンブラック(カーボンECP)の配合量を5質量%に減量し、PVPを配合せず、ポリカーボネート樹脂(FPC-0220)を18質量%に増量し、溶剤のNMPを53質量%に減量して配合した以外は、実施例1と同様にしてカーボンインクを調製し、L/Sパターンを形成した。その結果を表3に記載する。
[Comparative example 2]
The amount of graphite powder (CSP-E) was reduced to 18% by mass, the amount of Ketjen black (carbon ECP) was reduced to 5% by mass, and polycarbonate resin (FPC-0220) was used without PVP. A carbon ink was prepared in the same manner as in Example 1, except that the amount was increased to 18% by mass, and the amount of NMP as a solvent was decreased to 53% by mass, and an L/S pattern was formed. The results are listed in Table 3.

[比較例3]
黒鉛粉末(CSP-E)の配合量を18質量%に減量し、ケッチェンブラック(カーボンECP)の配合量を5質量%に減量し、PVPを配合せず、ポリカーボネート樹脂を配合せず、ポリアミド樹脂(東洋紡STC社製、型番:HR-11NN、数平均分子量20000、ガラス転移温度Tg300℃、固形分15質量%、溶媒:NMP)18質量%を配合し、溶剤のNMPを53質量%に減量して配合した以外は、実施例1と同様にしてカーボンインクを調製し、L/Sパターンを形成した。その結果を表3に記載する。
[Comparative example 3]
The blending amount of graphite powder (CSP-E) was reduced to 18% by mass, the blending amount of Ketjen black (carbon ECP) was reduced to 5% by mass, no PVP was blended, no polycarbonate resin was blended, and polyamide 18% by mass of resin (manufactured by Toyobo STC, model number: HR-11NN, number average molecular weight 20000, glass transition temperature Tg 300°C, solid content 15% by mass, solvent: NMP) was blended, and the NMP of the solvent was reduced to 53% by mass. A carbon ink was prepared in the same manner as in Example 1 except that it was blended, and an L/S pattern was formed. The results are listed in Table 3.

[比較例4]
黒鉛粉末(CSP-E)の配合量を18質量%に減量し、ケッチェンブラック(カーボンECP)の配合量を5質量%に減量し、PVPを配合せず、ポリカーボネート樹脂を配合せず、ポリビニルアルコール(日本酢ビ・ポバール社製、型番:JMR-10LL)18質量%を配合し、溶剤のNMPを53質量%に減量して配合した以外は、実施例1と同様にしてカーボンインクを調製し、L/Sパターンを形成した。その結果を表3に記載する。
[Comparative example 4]
The blending amount of graphite powder (CSP-E) was reduced to 18% by mass, the blending amount of Ketjen black (carbon ECP) was reduced to 5% by mass, no PVP was blended, no polycarbonate resin was blended, and polyvinyl Carbon ink was prepared in the same manner as in Example 1, except that 18% by mass of alcohol (manufactured by Japan Vinyl Poval Co., Ltd., model number: JMR-10LL) was blended, and the amount of NMP as a solvent was reduced to 53% by mass. Then, an L/S pattern was formed. The results are listed in Table 3.

Figure 2023134118000003
Figure 2023134118000003

以上の結果から、PVPを配合した実施例のカーボンインクは、狭ピッチであっても連続印刷が可能な優れた印刷特性を有することが明らかである。一方、PVPを配合しない比較例のカーボンインクは、線太りやカスレの不良が生じ、狭ピッチのL/Sパターンを形成し難かった。 From the above results, it is clear that the carbon inks of Examples containing PVP have excellent printing characteristics that enable continuous printing even at narrow pitches. On the other hand, the carbon ink of the comparative example that did not contain PVP caused defects such as line thickening and fading, and it was difficult to form a narrow pitch L/S pattern.

<カーボンインクの流動性評価>
実施例1~6で製造したカーボンインクは肉眼で観察して触った感じにおいてゲル状態であった。一方、比較例1~4で製造したカーボンインクはゲル状態ではなかった。ここで、製造したカーボンインクがゲル状態であるか否かを正確に評価するために、実施例4~6と比較例1~2を試料として、貯蔵弾性率G’、損失弾性率G”、及びその損失正接tanδ(G”/G’)を市販のレオメーター(ティー・エイ・インスツルメント・ジャパン株式会社製、型番:Discovery HR-10)及びコーンプレート(CONE SST 20MM 2DEG SMART-SWAP HRx0)を使用して測定した。測定条件は、温度23℃、周波数10-1~10Hzとした。その結果を図1~5に示す。図1~5において、左の縦軸は貯蔵弾性率G’と損失弾性率G”の数値軸を示し、右の縦軸は損失正接tanδの数値軸を示す。
<Evaluation of fluidity of carbon ink>
The carbon inks produced in Examples 1 to 6 were in a gel state when observed with the naked eye and felt to the touch. On the other hand, the carbon inks produced in Comparative Examples 1 to 4 were not in a gel state. Here, in order to accurately evaluate whether the manufactured carbon ink is in a gel state, Examples 4 to 6 and Comparative Examples 1 to 2 were used as samples, and storage modulus G', loss modulus G'', and its loss tangent tan δ (G''/G') using a commercially available rheometer (manufactured by TA Instruments Japan Co., Ltd., model number: Discovery HR-10) and a cone plate (CONE SST 20MM 2DEG SMART-SWAP HRx0). ). The measurement conditions were a temperature of 23° C. and a frequency of 10 −1 to 10 2 Hz. The results are shown in Figures 1-5. In FIGS. 1 to 5, the left vertical axis represents the storage modulus G' and the loss modulus G'', and the right vertical axis represents the loss tangent tan δ.

図1~5のグラフから、実施例4~6では周波数10-1~10Hzの全範囲において、G’>G”であり、G’とG”の各プロットを結ぶ線が交差せず、ゲル状態であることが明確に示された。一方、比較例1~2では上記周波数範囲においてG’<G”であり、非ゲル状態すなわち液体状態であることが明確に示された。 From the graphs in Figures 1 to 5, it can be seen that in Examples 4 to 6, G'>G'' in the entire frequency range of 10 -1 to 10 2 Hz, and the lines connecting the plots of G' and G'' do not intersect. , it was clearly shown that it was in a gel state. On the other hand, in Comparative Examples 1 and 2, G'<G'' in the above frequency range, clearly indicating a non-gel state, that is, a liquid state.

以上の結果から、次の結論が得られた。すなわち、本発明に係る実施例のカーボンインクはゲル状態であるので、0.2mm印刷配線ピッチ(ライン幅0.1mm、スペース幅0.1mmの版膜を用いたスクリーン印刷)という高精細なL/Sパターンを連続印刷することができた。一方、比較例のカーボンインクはゲル状態ではないので、実施例のように高精細のL/Sパターンを連続印刷することはできなかった。 From the above results, the following conclusions were obtained. That is, since the carbon ink of the example according to the present invention is in a gel state, a high-definition L with a printed wiring pitch of 0.2 mm (screen printing using a printing plate with a line width of 0.1 mm and a space width of 0.1 mm) /S pattern could be printed continuously. On the other hand, since the carbon ink of the comparative example was not in a gel state, it was not possible to continuously print a high-definition L/S pattern as in the example.

Claims (10)

1種以上の炭素粒子と、ポリビニルピロリドンと、溶剤と、を含むカーボンインク。 A carbon ink containing one or more types of carbon particles, polyvinylpyrrolidone, and a solvent. 前記炭素粒子として、黒鉛と、カーボンブラックとを含む、請求項1に記載のカーボンインク。 The carbon ink according to claim 1, wherein the carbon particles include graphite and carbon black. 前記カーボンインクの総質量に対する、前記炭素粒子の合計の含有量が、15~40質量%である、請求項1又は2に記載のカーボンインク。 The carbon ink according to claim 1 or 2, wherein the total content of the carbon particles is 15 to 40% by mass with respect to the total mass of the carbon ink. 前記カーボンインクの総質量に対する、前記ポリビニルピロリドンの含有量が、1~25質量%である、請求項1~3の何れか一項に記載のカーボンインク。 The carbon ink according to any one of claims 1 to 3, wherein the content of the polyvinylpyrrolidone is 1 to 25% by mass based on the total mass of the carbon ink. 前記カーボンインクの総質量に対する、前記溶剤の含有量が、30~75質量%である、請求項1~4の何れか一項に記載のカーボンインク。 The carbon ink according to any one of claims 1 to 4, wherein the content of the solvent is 30 to 75% by mass based on the total mass of the carbon ink. 前記溶剤がイオン交換水、エチレングリコール、2-エチルヘキサノール、ジメチルスルホキシド、エタノール、及びN-メチル-2-ピロリドンから選択される1種以上である、請求項1~5の何れか一項に記載のカーボンインク。 According to any one of claims 1 to 5, the solvent is one or more selected from ion-exchanged water, ethylene glycol, 2-ethylhexanol, dimethyl sulfoxide, ethanol, and N-methyl-2-pyrrolidone. carbon ink. さらにポリカーボネート樹脂を含む、請求項1~6の何れか一項に記載のカーボンインク。 The carbon ink according to any one of claims 1 to 6, further comprising a polycarbonate resin. さらにイソシアネートとポリオール樹脂を含む、請求項1~7の何れか一項に記載のカーボンインク。 The carbon ink according to any one of claims 1 to 7, further comprising an isocyanate and a polyol resin. スクリーン印刷によって基材上に、請求項1~8の何れか一項に記載のカーボンインクの硬化物からなる1本以上の導電配線を形成する工程を備えた電子部品の製造方法であって、
前記導電配線は前記基材上において互いに平行に配置されたラインアンドスペースの導電パターンを形成し、前記導電パターンを構成する少なくとも1本の導電配線の線幅が0.05~0.20mmであり、前記導電パターンを構成する少なくとも1ヶ所のスペース幅が0.05~0.20mmである、電子部品の製造方法。
A method for manufacturing an electronic component, comprising the step of forming one or more conductive wirings made of the cured carbon ink according to any one of claims 1 to 8 on a base material by screen printing,
The conductive wiring forms a line-and-space conductive pattern arranged parallel to each other on the base material, and the line width of at least one conductive wiring constituting the conductive pattern is 0.05 to 0.20 mm. . A method of manufacturing an electronic component, wherein the width of at least one space constituting the conductive pattern is 0.05 to 0.20 mm.
基材と、前記基材上に形成された導電層とを備えた電子部品であって、前記導電層は請求項1~8の何れか一項に記載のカーボンインクの硬化物によって形成されている、電子部品。 An electronic component comprising a base material and a conductive layer formed on the base material, the conductive layer being formed of a cured product of the carbon ink according to any one of claims 1 to 8. There are electronic parts.
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