JP2023177614A - 導電性組成物 - Google Patents
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Abstract
【課題】高精度の細線を描画することができ、且つ表面平滑性に優れる焼結体を形成できる導電性組成物を提供する。【解決手段】本開示の導電性組成物は、金属粒子(A)及び溶剤(B)を含有し、前記金属粒子(A)は、表面が有機化合物で被覆された構成を有し、前記溶剤(B)は、アセテート構造を有し且つ下記式(1)で表される値が0~2.0である有機溶剤を、溶剤(B)の総量に対して71質量%以上含む、導電性組成物。|δP(N)-δP(S)| (1)[式(1)中、δP(N)は、前記有機化合物のハンセン溶解度パラメータのδPを示し、δP(S)は、前記有機溶剤のハンセン溶解度パラメータのδPを示す]【選択図】なし
Description
本開示は、導電性組成物に関する。
銀ナノ粒子は低温焼結が可能であるため、プラスチック基板上に電極や配線等の電子部品を形成する用途に用いられている。しかし、銀ナノ粒子は、凝集しやすいことが問題である。特許文献1には、銀ナノ粒子の表面を、アミンを含む保護剤で被覆することによって、溶剤中において良好な分散安定性が得られること、当該銀ナノ粒子を脂環式炭化水素やアルコール等を含む溶媒に分散させて、高精度の細線を描画できるインクを得られることが開示されている。
合成後の銀ナノ粒子を取り出す際など、銀ナノ粒子の準備過程においてグリコールエーテル系の溶剤を用いることがある。しかしこの場合、インク中にグリコールエーテルが混入することにより、マイクロサイズの銀ナノ粒子の凝集物が生じやすい。凝集物が生じると、電極や配線等の焼結体を形成した際に表面平滑性が損なわれる場合がある。そのため、より優れた表面平滑性を実現する導電性組成物が求められている。
従って、本開示の目的は、高精度の細線を描画することができ、且つ表面平滑性に優れる焼結体を形成できる導電性組成物を提供することにある。
本開示の発明者らは上記課題を解決するため鋭意検討した結果、有機化合物で表面が被覆された構成を有する金属粒子及び溶剤を含み、上記有機物及び上記溶剤を構成する有機溶剤のハンセン溶解度パラメータのδPについて特定の関係とする導電性組成物は、細線を高精度に描画することができ、形成される焼結体について優れた表面平滑性が実現することを見出した。本開示はこれらの知見に基づいて完成させたものである。
すなわち、本開示は、金属粒子(A)及び溶剤(B)を含有し、上記金属粒子(A)は、表面が有機化合物で被覆された構成を有し、上記溶剤(B)は、アセテート構造を有し且つ下記式(1)で表される値が0~2.0である有機溶剤を、溶剤(B)の総量に対して71質量%以上含む、導電性組成物を提供する。
|δP(N)-δP(S)| (1)
[式(1)中、δP(N)は、前記有機化合物のハンセン溶解度パラメータのδPを示し、δP(S)は、前記有機溶剤のハンセン溶解度パラメータのδPを示す。]
|δP(N)-δP(S)| (1)
[式(1)中、δP(N)は、前記有機化合物のハンセン溶解度パラメータのδPを示し、δP(S)は、前記有機溶剤のハンセン溶解度パラメータのδPを示す。]
本開示は、また、金属粒子(A)及び溶剤(B)を含有し、上記金属粒子(A)は、表面が有機化合物で被覆された構成を有し、上記溶剤(B)は、下記式(1)で表される値が0~0.5である有機溶媒を、溶剤(B)の総量に対して71質量%以上含む、導電性組成物を提供する。
|δP(N)-δP(S)| (1)
[式(1)中、δP(N)は、前記有機化合物のハンセン溶解度パラメータのδPを示し、δP(S)は、前記有機溶剤のハンセン溶解度パラメータのδPを示す。]
|δP(N)-δP(S)| (1)
[式(1)中、δP(N)は、前記有機化合物のハンセン溶解度パラメータのδPを示し、δP(S)は、前記有機溶剤のハンセン溶解度パラメータのδPを示す。]
上記金属粒子(A)の平均一次粒子径は100nm以下であることが好ましい。
上記有機化合物はアミンを含むことが好ましい。
上記アミンは、総炭素総数が6以上である脂肪族炭化水素モノアミン(1)と、総炭素総数が5以下である脂肪族炭化水素モノアミン(2)及び/又は総炭素総数が8以下である脂肪族炭化水素ジアミン(3)とを含むことが好ましい。
上記導電性組成物は、更に、セルロース系樹脂を含有することが好ましい。
本開示は、また、上記導電性組成物の焼結体を提供する。
本開示は、また、基板上に上記焼結体を備えた電子デバイスを提供する。
本開示の導電性組成物を使用すると、スクリーン印刷等の印刷により細線を高精度に描画することができ、また、表面平滑性に優れる焼結体を形成できる。そのため、本開示の導電性組成物は、基板上に電子部品(例えば、電極や配線等)を製造する用途に好適に使用できる。
[導電性組成物]
本開示の第1の態様の導電性組成物は、金属粒子(A)及び溶剤(B)を少なくとも含有する。上記金属粒子(A)は、表面が有機化合物で被覆された構成を有する。上記溶剤(B)は、アセテート構造を有し且つ下記式(1)で表される値が0~2.0である有機溶剤を少なくとも含む。
|δP(N)-δP(S)| (1)
[式(1)中、δP(N)は、上記有機化合物のハンセン溶解度パラメータのδPを示し、δP(S)は、上記有機溶剤のハンセン溶解度パラメータのδPを示す。]
本開示の第1の態様の導電性組成物は、金属粒子(A)及び溶剤(B)を少なくとも含有する。上記金属粒子(A)は、表面が有機化合物で被覆された構成を有する。上記溶剤(B)は、アセテート構造を有し且つ下記式(1)で表される値が0~2.0である有機溶剤を少なくとも含む。
|δP(N)-δP(S)| (1)
[式(1)中、δP(N)は、上記有機化合物のハンセン溶解度パラメータのδPを示し、δP(S)は、上記有機溶剤のハンセン溶解度パラメータのδPを示す。]
上記第1の態様の導電性組成物における上記式(1)で表される値は、焼結体の表面平滑性に一層優れる点から、0~1.7であることが好ましく、より好ましくは0~1.4、更に好ましくは0~0.45、特に好ましくは0~0.4である。
本開示の第2の態様の導電性組成物は、金属粒子(A)及び溶剤(B)を少なくとも含有する。上記金属粒子(A)は、表面が有機化合物で被覆された構成を有する。そして、上記溶剤(B)は、下記式(1)で表される値が0~0.5である有機溶剤を少なくとも含む。
|δP(N)-δP(S)| (1)
[式(1)中、δP(N)は、上記有機化合物のハンセン溶解度パラメータのδPを示し、δP(S)は、上記有機溶剤のハンセン溶解度パラメータのδPを示す。]
|δP(N)-δP(S)| (1)
[式(1)中、δP(N)は、上記有機化合物のハンセン溶解度パラメータのδPを示し、δP(S)は、上記有機溶剤のハンセン溶解度パラメータのδPを示す。]
上記第2の態様の導電性組成物における上記式(1)で表される値は、焼結体の表面平滑性に一層優れる点から、0~0.45であることが好ましく、より好ましくは0~0.4である。
式(1)で表される値は、上記有機化合物のハンセン溶解度パラメータのδP(N)の値から、上記有機溶剤のハンセン溶解度パラメータのδP(S)の値を減じた値の絶対値である。
上記有機化合物のハンセン溶解度パラメータのδP(N)及び上記有機溶剤のハンセン溶解度パラメータのδP(S)は、上記有機化合物及び上記有機溶剤の、ハンセン溶解度パラメータ[δ=(δD2+δH2+δP2)1/2]を構成する寄与項(分散力による寄与項δD、水素結合による寄与項δH、極性相互作用による寄与項δP)のうち、極性相互作用による寄与項δPに相当する。
上記δP(N)は、上記有機化合物に関するハンセン溶解度パラメータの極性相互作用に関する寄与項(以下、δPと表すことがある)である。上記有機化合物が1種のみである場合の上記δP(N)は、その有機化合物に関するδPであり、有機化合物が2種以上の併用である場合の上記δP(N)は、それぞれの有機化合物に関するδPを、併用するモル比に基づいて加重平均した値である。
上記δP(S)は、上記有機溶剤に関するハンセン溶解度パラメータの極性相互作用に関する寄与項(以下、δPと表すことがある)である。上記δP(S)は、個々の有機溶剤のδPの値である。2種以上の有機溶剤を併用する場合、それぞれの有機溶剤に関するδPを、上記有機化合物に関するδP(N)から減じた値の絶対値は、焼結体の表面平滑性に一層優れる点から、0~1.7であることが好ましく、より好ましくは0~1.4、更に好ましくは0~0.45、特に好ましくは0~0.4である。
上記δPとしては、例えば、コンピュータソフトウェア「Hansen Solubility Parameters in Practice(HSPiP) ver.5.2.06」を用いて計算した値を用いることができる。
(金属粒子(A))
金属粒子(A)は、金属粒子の表面が有機化合物によって被覆された構成を有する。金属粒子(A)は、一種のみを使用してもよいし、二種以上を使用してもよい。
金属粒子(A)は、金属粒子の表面が有機化合物によって被覆された構成を有する。金属粒子(A)は、一種のみを使用してもよいし、二種以上を使用してもよい。
上記有機化合物としては、例えば、アミノ基、カルボキシル基、ヒドロキシル基、スルホ基、及びチオール基からなる群より選択される少なくとも1種の官能基を有する化合物が挙げられ、中でも、アミノ基を有する化合物(アミン)が好ましい。
上記有機化合物のδP(N)は、0.5~10.0であることが好ましく、より好ましくは1.0~7.0、更に好ましくは3.0~5.0である。
上記アミンとしては、中でも、下記式(a-1)で表され、式中のR1、R2、R3が同一又は異なって、水素原子又は一価の炭化水素基(R1、R2、R3が共に水素原子である場合は除く)であり、総炭素数が6以上であるモノアミン(1)、下記式(a-1)で表され、式中のR1、R2、R3が同一又は異なって、水素原子又は一価の炭化水素基(R1、R2、R3が共に水素原子である場合は除く)であり、総炭素数が5以下であるモノアミン(2)、及び下記式(a-2)で表され、式中のR8が二価の炭化水素基であり、R4~R7は同一又は異なって、水素原子又は一価の炭化水素基であり、総炭素数が8以下であるジアミン(3)から選択される少なくとも1種を含有することが好ましく、特に、モノアミン(1)と、モノアミン(2)及び/又はジアミン(3)とを併せて含有することが好ましい。
上記炭化水素基としては、脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基が挙げられる。中でも、脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基が好ましく、特に脂肪族炭化水素基が好ましい。従って、上記モノアミン(1)、モノアミン(2)、ジアミン(3)としては、脂肪族モノアミン(1)、脂肪族モノアミン(2)、脂肪族ジアミン(3)が好ましい。
一価の脂肪族炭化水素基としては、アルキル基、アルケニル基等が挙げられる。一価の脂環式炭化水素基としては、シクロアルキル基、シクロアルケニ等が挙げられる。二価の脂肪族炭化水素基としては、アルキレン基、アルケニレン基等が挙げられる。二価の脂環式炭化水素基としては、シクロアルキレン基、シクロアルケニレン基等が挙げられる。
R1、R2、R3における一価の炭化水素基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、s-ブチル基、t-ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、デシル基、ドデシル基、テトラデシル基、オクタデシル基等の炭素数1~20程度のアルキル基;ビニル基、アリル基、メタリル基、1-プロペニル基、イソプロペニル基、1-ブテニル基、2-ブテニル基、3-ブテニル基、1-ペンテニル基、2-ペンテニル基、3-ペンテニル基、4-ペンテニル基、5-ヘキセニル基等の炭素数2~20程度のアルケニル基;シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロオクチル基等の炭素数3~20程度のシクロアルキル基;シクロペンテニル基、シクロへキセニル基等の炭素数3~20程度のシクロアルケニル基等が挙げられる。
R4~R7における一価の炭化水素基としては、例えば、R1、R2、R3における一価の炭化水素基として例示されたもののうち、炭素数7以下のものが挙げられる。
R8における二価の炭化水素基としては、例えば、メチレン基、メチルメチレン基、ジメチルメチレン基、エチレン基、プロピレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基、ペンタメチレン基、ヘプタメチレン基等の炭素数1~8のアルキレン基;ビニレン基、プロペニレン基、1-ブテニレン基、2-ブテニレン基、ブタジエニレン基、ペンテニレン基、ヘキセニレン基、ヘプテニレン基、オクテニレン基等の炭素数2~8のアルケニレン基等が挙げられる。
上記R1~R8における炭化水素基は、種々の置換基[例えば、ハロゲン原子、オキソ基、ヒドロキシ基、置換オキシ基(例えば、C1-4アルコキシ基、C6-10アリールオキシ基、C7-16アラルキルオキシ基、C1-4アシルオキシ基等)、カルボキシ基、置換オキシカルボニル基(例えば、C1-4アルコキシカルボニル基、C6-10アリールオキシカルボニル基、C7-16アラルキルオキシカルボニル基等)、シアノ基、ニトロ基、スルホ基、複素環式基等]を有していてもよい。上記ヒドロキシ基やカルボキシ基は有機合成の分野で慣用の保護基で保護されていてもよい。
モノアミン(1)は、金属粒子に高い分散性を付与する機能を有する化合物であり、例えば、ヘキシルアミン(δP3.9)、ヘプチルアミン(δP3.9)、オクチルアミン(δP3.0)、ノニルアミン(δP3.0)、デシルアミン(δP2.9)、ウンデシルアミン(δP2.9)、ドデシルアミン(δP2.4)、トリデシルアミン(δP2.3)、テトラデシルアミン(δP2.3)、ペンタデシルアミン(δP2.3)、ヘキサデシルアミン(δP1.9)、ヘプタデシルアミン(δP1.9)、オクタデシルアミン(δP1.8)等の直鎖状アルキル基を有する第一級アミン;イソブチルルアミン(δP4.4)、2-エチルヘキシルアミン(δP3.2)、tert-オクチルアミン(δP2.1)等の分岐鎖状アルキル基を有する第一級アミン;シクロヘキシルアミン(δP3.1)等のシクロアルキル基を有する第一級アミン;オレイルアミン(δP1.7)等のアルケニル基を有する第一級アミン等;N,N-ジプロピルアミン(δP1.4)、N,N-ジブチルアミン(δP3.0)、N,N-ジペンチルアミン(δP2.4)、N,N-ジヘキシルアミン(δP2.3)、N,N-ジヘプチルアミン(δP2.4)、N,N-ジオクチルアミン(δP1.6)、N,N-ジノニルアミン(δP1.5)、N,N-ジデシルアミン(δP1.5)、N,N-ジウンデシルアミン(δP1.7)、N,N-ジドデシルアミン(δP1.9)、N-プロピル-N-ブチルアミン(δP2.9)等の直鎖状アルキル基を有する第二級アミン;N,N-ジイソヘキシルアミン(δP1.9)、N,N-ジ(2-エチルヘキシル)アミン(δP0.8)等の分岐鎖状アルキル基を有する第二級アミン;トリブチルアミン(δP1.9)、トリヘキシルアミン(δP1.8)等の直鎖状アルキル基を有する第三級アミン;トリ(2-エチルヘキシル)アミン(δP0.8)等の分岐鎖状アルキル基を有する第三級アミン等が挙げられる。
モノアミン(1)の中でも、アミノ基が金属粒子表面に吸着した際に他の金属粒子との間隔をより確保できるため、金属粒子同士の凝集を防ぐ作用が向上する点で、総炭素数6以上の直鎖状アルキル基を有するアミン(特に、第一級アミン)が好ましい。また、モノアミン(1)における総炭素数の上限は、入手のしやすさ、及び焼結時における除去のしやすさの点で、18程度が好ましく、更に好ましくは16、特に好ましくは12である。モノアミン(1)としては、ヘキシルアミン、ヘプチルアミン、オクチルアミン、ノニルアミン、デシルアミン、ウンデシルアミン、ドデシルアミン等が好ましく、ブチルアミン、オクチルアミンがより好ましい。
また、モノアミン(1)の中でも、分岐鎖状アルキル基を有するアミン(特に、第一級アミン)を用いると、同じ総炭素数の直鎖状アルキル基を有するアミンを用いる場合に比べ、分岐鎖状アルキル基の立体的因子により、より少ない量で、金属粒子に高分散性を付与することができる。そのため、焼結時において、特に低温焼結時において、上記アミンを効率よく除去することができ、より導電性に優れた焼結体が得られる点で好ましい。
上記分岐鎖状アルキル基を有するアミンとしては、特に、イソヘキシルアミン、2-エチルヘキシルアミン等の総炭素数6~16(好ましくは6~10)の分枝鎖状アルキル基を有するアミンが好ましく、特に、立体的因子の点から、2-エチルヘキシルアミン等の、窒素原子から2番目の炭素原子において枝分かれしている構造を有する分岐鎖状アルキル基を有するアミンが有効である。
モノアミン(1)としては、中でも、脂肪族炭化水素基と1つのアミノ基とからなり且つ該脂肪族炭化水素基の炭素総数が6以上である脂肪族炭化水素モノアミンを含むことが好ましい。
モノアミン(2)は、モノアミン(1)に比べると炭化水素鎖が短いので、それ自体は金属粒子に高分散性を付与する機能は低いと考えられるが、モノアミン(1)より極性が高く金属原子への配位能が高いため、錯体形成促進効果を有すると考えられる。また、炭化水素鎖が短いため、低温焼結においても、短時間(例えば30分間以下、好ましくは20分間以下)で金属粒子表面から除去することができ、導電性に優れた焼結体が得られる。
モノアミン(2)としては、例えば、エチルアミン(δP5.6)、n-プロピルアミン(δP4.9)、イソプロピルアミン(δP4.4)、n-ブチルアミン(δP4.5)、イソブチルアミン(δP4.4)、sec-ブチルアミン(δP4.0)、tert-ブチルアミン(δP3.8)、ペンチルアミン(δP4.2)、イソペンチルアミン(δP4.0)、tert-ペンチルアミン(δP3.6)等の、直鎖状又は分岐鎖状アルキル基を有する総炭素数2~5の第一級アミン;N-メチル-N-プロピルアミン(δP4.2)、N-エチル-N-プロピルアミン(δP3.7)、N,N-ジメチルアミン(δP4.8)、N,N-ジエチルアミン(δP2.3)等の、直鎖状又は分岐鎖状アルキル基を有する総炭素数2~5の第二級アミン等が挙げられる。
モノアミン(2)としては、中でも、n-ブチルアミン、イソブチルアミン、sec-ブチルアミン、tert-ブチルアミン、ペンチルアミン、イソペンチルアミン、tert-ペンチルアミン等の直鎖状又は分岐鎖状アルキル基を有する総炭素数2~5(好ましくは、総炭素数4~5)の第一級アミンが好ましく、特にn-ブチルアミン等の直鎖状アルキル基を有する総炭素数2~5(好ましくは、総炭素数4~5)の第一級アミンが好ましい。
モノアミン(2)は、中でも、脂肪族炭化水素基と1つのアミノ基とからなり且つ該脂肪族炭化水素基の炭素総数が5以下である脂肪族炭化水素モノアミン(2)が好ましい。
ジアミン(3)の総炭素数は8以下(例えば、1~8)であり、モノアミン(1)より極性が高く金属原子への配位能が高いため、錯体形成促進効果を有すると考えられる。また、ジアミン(3)は、錯体の熱分解工程において、より低温且つ短時間での熱分解を促進する効果があり、ジアミン(3)を使用すると金属粒子製造をより効率的に行うことができる。更に、ジアミン(3)を含む保護剤で被覆された構成を有する表面修飾金属粒子は、極性の高い溶剤を含む分散媒体中において優れた分散安定性を発揮する。更に、ジアミン(3)は、炭化水素鎖が短いため、低温焼結においても、短時間(例えば30分間以下、好ましくは20分間以下)で金属粒子表面から除去することができ、導電性に優れた焼結体が得られる。
ジアミン(3)としては、例えば、エチレンジアミン(δP8.8)、1,3-プロパンジアミン(δP7.1)、2,2-ジメチル-1,3-プロパンジアミン(δP5.1)、1,4-ブタンジアミン(δP12.0)、1,5-ペンタンジアミン(δP5.6)、1,6-ヘキサンジアミン(δP5.3)、1,7-ヘプタンジアミン(δP5.1)、1,8-オクタンジアミン(δP4.4)、1,5-ジアミノ-2-メチルペンタン(δP5.3)等の、式(a-2)中のR4~R7が水素原子であり、R8が直鎖状又は分岐鎖状アルキレン基であるジアミン;N,N’-ジメチルエチレンジアミン(δP5.5)、N,N’-ジエチルエチレンジアミン(δP4.1)、N,N’-ジメチル-1,3-プロパンジアミン(δP4.4)、N,N’-ジエチル-1,3-プロパンジアミン(δP4.2)、N,N’-ジメチル-1,4-ブタンジアミン(δP4.3)、N,N’-ジエチル-1,4-ブタンジアミン(δP6.0)、N,N’-ジメチル-1,6-ヘキサンジアミン(δP3.8)等の式(a-2)中のR4、R6が同一又は異なって直鎖状又は分岐鎖状アルキル基であり、R5、R7が水素原子であり、R8が直鎖状又は分岐鎖状アルキレン基であるジアミン;N,N-ジメチルエチレンジアミン(δP5.5)、N,N-ジエチルエチレンジアミン(δP4.1)、N,N-ジメチル-1,3-プロパンジアミン(δP5.1)、N,N-ジエチル-1,3-プロパンジアミン(δP4.2)、N,N-ジメチル-1,4-ブタンジアミン(δP4.3)、N,N-ジエチル-1,4-ブタンジアミン(δP3.8)、N,N-ジメチル-1,6-ヘキサンジアミン(δP3.8)等の式(a-2)中のR4、R5が同一又は異なって直鎖状又は分岐鎖状アルキル基であり、R6、R7が水素原子であり、R8が直鎖状又は分岐鎖状アルキレン基であるジアミン等が挙げられる。
これらの中でも、式(a-2)中のR4、R5が同一又は異なって直鎖状又は分岐鎖状アルキル基であり、R6、R7が水素原子であり、R8が直鎖状又は分岐鎖状アルキレン基であるジアミン[特に、式(a-2)中のR4、R5が直鎖状アルキル基であり、R6、R7が水素原子であり、R8が直鎖状アルキレン基であるジアミン]が好ましい。
式(a-2)中のR4、R5が同一又は異なって直鎖状又は分岐鎖状アルキル基であり、R6、R7が水素原子であるジアミン、すなわち第一級アミノ基と第三級アミノ基を有するジアミンは、上記第一級アミノ基は金属原子に対して高い配位能を有するが、上記第三級アミノ基は金属原子に対する配位能に乏しいため、形成される錯体が過剰に複雑化することが防止され、それにより、錯体の熱分解工程において、より低温且つ短時間での熱分解が可能となる。これらの中でも、低温焼結において短時間で金属粒子表面から除去できる点から、総炭素数6以下(例えば、1~6)のジアミンが好ましく、総炭素数5以下(例えば、1~5)のジアミンがより好ましい。
ジアミン(3)は、中でも、脂肪族炭化水素基と2つのアミノ基とからなり且つ該脂肪族炭化水素基の炭素総数が8以下である脂肪族炭化水素ジアミン(3)が好ましい。
上記アミンとして、モノアミン(1)と、モノアミン(2)及び/又はジアミン(3)とを併せて含有する場合において、これらの使用割合は、特に限定されないが、アミン全量[モノアミン(1)+モノアミン(2)+ジアミン(3);100モル%]を基準として、下記範囲であることが好ましい。
・モノアミン(1)の含有量:例えば、5~65モル%(下限は、好ましくは10モル%、より好ましくは15モル%である。また、上限は、好ましくは50モル%、より好ましくは40モル%、更に好ましくは35モル%である。)
・モノアミン(2)とジアミン(3)の合計含有量:例えば、35~95モル%(下限は、好ましくは50モル%、より好ましくは60モル%、更に好ましくは65モル%である。また、上限は、好ましくは90モル%、より好ましくは85モル%である。)
・モノアミン(1)の含有量:例えば、5~65モル%(下限は、好ましくは10モル%、より好ましくは15モル%である。また、上限は、好ましくは50モル%、より好ましくは40モル%、更に好ましくは35モル%である。)
・モノアミン(2)とジアミン(3)の合計含有量:例えば、35~95モル%(下限は、好ましくは50モル%、より好ましくは60モル%、更に好ましくは65モル%である。また、上限は、好ましくは90モル%、より好ましくは85モル%である。)
更に、モノアミン(2)とジアミン(3)を共に使用する場合、モノアミン(2)とジアミン(3)の各含有量は、アミン全量[モノアミン(1)+モノアミン(2)+ジアミン(3);100モル%]を基準として、下記範囲であることが好ましい。
・モノアミン(2):例えば、5~70モル%(下限は、好ましくは10モル%、より好ましくは15モル%である。また、上限は、好ましくは65モル%、より好ましくは60モル%である。)
・ジアミン(3):例えば、5~50モル%(下限は、好ましくは10モル%である。また、上限は、好ましくは45モル%、より好ましくは40モル%である。)
・モノアミン(2):例えば、5~70モル%(下限は、好ましくは10モル%、より好ましくは15モル%である。また、上限は、好ましくは65モル%、より好ましくは60モル%である。)
・ジアミン(3):例えば、5~50モル%(下限は、好ましくは10モル%である。また、上限は、好ましくは45モル%、より好ましくは40モル%である。)
モノアミン(1)の含有量が上記下限値以上であると、金属粒子の分散安定性に優れ、上記上限値以下であると低温焼結によってアミンが除去されやすい傾向がある。
モノアミン(2)の含有量が上記範囲内であると、錯体形成促進効果が得られやすい。また、低温且つ短時間での焼結が可能となり、更に、焼結時にジアミン(3)が金属粒子表面から除去されやすくなる。
ジアミン(3)の含有量が上記範囲内であると、錯体形成促進効果及び錯体の熱分解促進効果が得られやすい。また、ジアミン(3)を含む保護剤で被覆された構成を有する表面修飾金属粒子は、極性の高い溶剤を含む分散媒体中において優れた分散安定性を発揮する。
上記導電性組成物においては、金属原子への配位能が高いモノアミン(2)及び/又はジアミン(3)を用いると、それらの使用割合に応じて、モノアミン(1)の使用量を減量することができ、低温短時間での焼結の場合において、これらアミンが金属粒子表面から除去されやすくなり、金属粒子の焼結を充分に進行させることができるようになる。
上記有機化合物として使用するアミンは、モノアミン(1)、モノアミン(2)、及びジアミン(3)以外のその他のアミンを含有していてもよい。上記有機化合物に含まれる全アミン中の、モノアミン(1)、モノアミン(2)及びジアミン(3)の合計含有量の占める割合は、例えば60質量%以上(例えば60~100質量%)が好ましく、より好ましくは80質量%以上、更に好ましくは90質量%以上である。すなわち、上記その他のアミンの含有量は、40質量%以下が好ましく、より好ましくは20質量%以下、更に好ましくは10質量%以下である。
上記アミン[特に、モノアミン(1)+モノアミン(2)+ジアミン(3)]の使用量は特に限定されないが、金属粒子(A)の原料である金属化合物の金属原子1モルに対して、1~50モル程度が好ましく、実質的に無溶剤中において表面修飾金属粒子が得られる点で、2~50モルが好ましく、特に好ましくは6~50モルである。上記アミンの使用量が上記下限値以上であると、錯体の生成工程において、錯体に変換されない金属銀化合物が残存しにくく、その後の熱分解工程において、金属粒子の均一性が高くなり、粒子の肥大化や、熱分解しない金属化合物の残存を抑制することができる。
上記カルボキシル基を有する化合物としては、例えば、脂肪族モノモノカルボン酸等が挙げられる。上記脂肪族モノモノカルボン酸としては、例えば、ブタン酸(δP4.8)、ペンタン酸(δP4.1)、ヘキサン酸(δP4.2)、ヘプタン酸(δP5.4)、オクタン酸(δP3.3)、ノナン酸(δP4.4)、デカン酸(δP4.2)、ウンデカン酸(δP4.0)、ドデカン酸(δP4.0)、トリデカン酸(δP3.5)、テトラデカン酸(δP3.3)、ペンタデカン酸(δP3.3)、ヘキサデカン酸(δP3.3)、ヘプタデカン酸(δP2.8)、オクタデカン酸(δP3.3)、ノナデカン酸(δP2.7)、イコサン酸(δP2.7)等の炭素数4以上の飽和脂肪族モノカルボン酸;オレイン酸(δP2.8)、エライジン酸(δP3.0)、リノール酸(δP3.1)、パルミトレイン酸(δP3.4)、エイコセン酸(δP2.6)等の炭素数8以上の不飽和脂肪族モノカルボン酸が挙げられる。
上記脂肪族モノカルボン酸の使用量としては、上記金属化合物の金属原子1モルに対して、例えば0.05~10モル程度、好ましくは0.1~5モル、より好ましくは0.5~2モルである。上記脂肪族モノカルボン酸の使用量が、上記下限値以上であると、安定性向上効果がより得られやすい。上記使用量が上記上限値以下であると、脂肪族モノカルボン酸の効果を充分に得ながら、過剰の脂肪族モノカルボン酸が残存しにくい。
上記有機化合物により表面被覆された金属粒子(A)は、公知乃至慣用の方法により作製することができる。例えば、上記金属化合物と、上記有機化合物とを混合して、上記金属化合物と上記有機化合物を含む錯体を生成させる工程(錯体生成工程)、上記錯体を熱分解させる工程(熱分解工程)、及び、必要に応じて反応生成物を洗浄する工程(洗浄工程)を経て金属粒子(A)を作製することができる。
金属粒子(A)はナノオーダーサイズの粒子(金属ナノ粒子)であることが好ましい。金属粒子(A)の平均一次粒子径は、優れた表面平滑性が得られやすい点から、100nm以下が好ましく、より好ましくは1.0~100nm、更に好ましくは5.0~80nm、特に好ましくは10.0~70nmである。なお、上記平均一次粒子径は、透過型電子顕微鏡(TEM)観察により求められる粒子径をもとに、粒子をアスペクト比1と仮定した上で体積分布に換算した平均粒子径(メジアン径)として求められる。金属粒子(A)が二種以上含まれる場合、上記平均粒子径は、全ての金属粒子(A)の平均粒子径をいう。
金属粒子(A)を構成する金属としては、導電性を有する金属が挙げられ、例えば、金、銀、銅、ニッケル、パラジウム、スズ、アルミニウム、ロジウム、コバルト、ルテニウム、プラチナ、パラジウム、クロム、インジウム又はこれらの合金等が挙げられる。中でも、銅粒子、銀粒子が好ましく、銀粒子がより好ましい。金属粒子(A)は、単一の金属により形成されていてもよく、例えばコアシェル構造のように2種以上の金属により形成されていてもよい。これらは、1種のみを用いてもよいし2種以上を用いてもよい。
上記金属粒子は、球状、不定形状、フレーク状(扁平状)等、どのような形状であってもよく、中でも、球状又は不定形状が好ましい。これらは、1種のみを用いてもよいし2種以上を用いてもよい。
金属粒子(A)中の上記有機化合物の含有量は、金属粒子の凝集を抑制しつつ焼結時における除去が容易である点から、0.5~10質量%が好ましく、より好ましくは1.0~7.0質量%、更に好ましくは1.5~5.0質量%である。
上記導電性組成物中の金属粒子(A)の含有割合は、細線を高精度に描画しやすい点から、上記導電性組成物100質量%に対して、85質量%以下が好ましく、より好ましくは30~85質量%、更に好ましくは40~82質量%、特に好ましくは50~80質量%である。
(溶剤(B))
本開示の第1の態様の導電性組成物に用いる溶剤(B)は、アセテート構造を有し且つ上記式(1)で表される値が0~2.0である有機溶剤を少なくとも1種以上含む。上記有機溶剤は、1種のみを用いる場合、又は、2種以上を用いる場合の何れにおいても、全ての有機溶剤について、上記式(1)で表される値が0~2.0(好ましくは0~1.7、より好ましくは0~1.4、更に好ましくは0~0.45、特に好ましくは0~0.4)となるδPを有することが好ましい。溶媒(B)について上記構成が満たされることによって、金属粒子(A)の凝集が抑制され、優れた表面平滑性を有する焼結体が形成されやすくなる。
本開示の第1の態様の導電性組成物に用いる溶剤(B)は、アセテート構造を有し且つ上記式(1)で表される値が0~2.0である有機溶剤を少なくとも1種以上含む。上記有機溶剤は、1種のみを用いる場合、又は、2種以上を用いる場合の何れにおいても、全ての有機溶剤について、上記式(1)で表される値が0~2.0(好ましくは0~1.7、より好ましくは0~1.4、更に好ましくは0~0.45、特に好ましくは0~0.4)となるδPを有することが好ましい。溶媒(B)について上記構成が満たされることによって、金属粒子(A)の凝集が抑制され、優れた表面平滑性を有する焼結体が形成されやすくなる。
また、本開示の第2の態様の導電性組成物に用いる溶剤(B)は、上記式(1)で表される値が0~0.5である有機溶剤を少なくとも1種以上含む。上記有機溶剤は、1種のみを用いる場合、又は、2種以上を用いる場合の何れにおいても、全ての有機溶剤について、上記式(1)で表される値が0~0.5(好ましくは0~0.45、より好ましくは0~0.4)となるδPを有することが好ましい。溶媒(B)について上記構成を満たすことによって、金属粒子(A)の凝集が抑制され、優れた表面平滑性を有する焼結体が形成されやすくなる。
上記有機溶剤は、導電性組成物に用いられる配合比において混合した際に均一溶解して液状であればよく、それぞれ単独では室温において液状であってもよいし固形状であってもよい。
上記アセテート構造を有し且つ上記式(1)で表される値が0~2.0となり得る有機溶剤としては、例えば、4-(1’-アセトキシ-1’-メチルエステル)-シクロヘキサノールアセテート(δP3.8)、ブチルカルビトールアセテート(δP4.1)、ジヒドロターピネオールアセテート(δP3.8)、1,2,5,6-テトラヒドロベンジルアセテート(δP4.2)、シクロヘキシルアセテート(δP3.9)、2-メチルシクロヘキシルアセテート(δP3.1)、4-t-ブチルシクロヘキシルアセテート(δP2.6)、ジヒドロターピニルアセテート(δP2.7)等が挙げられる。
上記式(1)で表される値が0~0.5となり得る化合物としては、上述のアセテート構造を有する化合物のうち該当するものの他、シクロヘキサノール(δP4.1)、1-デカノール(δP4.7)、2-デカノール(δP3.9)、2-エチル-1-プタノール(δP4.3)、L-メントール(δP4.7)、2-ノナノール(δP4.2)、1-ウンデカノール(δP3.9)、2-ドデカノン(δP4.1)等が挙げられる。
溶剤(B)は、上記有機溶剤以外のその他の溶剤を含んでいてもよい。上記その他の溶剤としては、例えば、脂肪族炭化水素系溶剤、脂環式炭化水素系溶剤、芳香族炭化水素系溶剤、アルコール系溶剤、テルペン系溶剤、グリコールエーテル系溶剤等が挙げられる。
溶媒(B)中の上記有機溶剤の含有割合、すなわち、上記アセテート構造を有し且つ上記式(1)で表される値が0~2.0である有機溶剤の含有割合、及び/又は、上記式(1)で表される値が0~0.5である有機溶剤の含有割合は、溶媒(B)の総量100質量%に対して、71質量%以上であり、好ましくは75質量%以上、より好ましくは80質量%以上、更に好ましくは90質量%以上、更に好ましくは95質量%以上、特に好ましくは97質量%以上である。
上記有機溶剤の沸点は、130℃以上であることが好ましく、より好ましくは170~310℃、更に好ましくは200~250℃である。
また、上記有機溶剤の粘度(20℃、せん断速度が20s-1)は、細線を高精度で描画しやすくなる点から、50~250mPa・sが好ましく、より好ましくは100~250mPa・s、更に好ましくは150~250mPa・sである。なお、溶剤の粘度は、例えば、レオメーター(商品名「Physica MCR301」、Anton Paar社製)を使用して測定できる。
上記導電性組成物中の溶剤(B)の含有割合は、細線を高精度に描画しやすい点から、上記導電性組成物100質量%に対して、15質量%以上が好ましく、より好ましくは15~70質量%、更に好ましくは18~60質量%、特に好ましくは20~50質量%である。
上記導電性組成物中の金属粒子(A)及び溶剤(B)の合計の含有割合は、上記導電性組成物100質量%に対して、70質量%以上が好ましく、より好ましくは80質量%以上、更に好ましくは90質量%以上、特に好ましくは95質量%以上である。
本開示の導電性組成物は、金属粒子(A)及び溶剤(B)以外のその他成分として、例えば、バインダー樹脂、表面エネルギー調整剤、可塑剤、レベリング剤、消泡剤、密着性付与剤等の添加剤を必要に応じて含有することができる。中でも、焼結体の基板に対する密着性や、可撓性を向上する効果を得やすい点で、バインダー樹脂を含有することが好ましい。
上記バインダー樹脂としては、例えば、塩化ビニル-酢酸ビニル共重合体樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂、セルロース系樹脂等が挙げられ、中でも、セルロース系樹脂が好ましい。これらは1種のみを用いてもよいし2種以上を用いてもよい。上記セルロース系樹脂(エチルセルロース樹脂等)としては、例えば、商品名「エトセルstd.200」、「エトセルstd.300」(以上、ダウケミカル社製)等の市販品を使用することができる。
上記その他成分の含有割合は、上記導電性組成物100質量%に対して、5質量%以下が好ましく、より好ましくは3質量%以下、更に好ましくは1質量%以下である。
[焼結体]
本開示の導電性組成物を公知乃至慣用の印刷法(ディスペンサー印刷法、マスク印刷、スクリーン印刷法、インクジェット印刷法等)などにより基板に塗布し、その後、焼結することにより焼結体を形成し、導体配線や接合構造体を形成することができる。
本開示の導電性組成物を公知乃至慣用の印刷法(ディスペンサー印刷法、マスク印刷、スクリーン印刷法、インクジェット印刷法等)などにより基板に塗布し、その後、焼結することにより焼結体を形成し、導体配線や接合構造体を形成することができる。
上記焼結温度は、例えば120℃以上300℃未満、好ましくは170~250℃である。また、焼結時間は、例えば0.1~2時間、好ましくは0.5~1時間である。
上記焼結は、空気雰囲気下、窒素雰囲気下、アルゴン雰囲気下などのいずれで行ってもよいが、中でも、空気雰囲気下で行うことが、経済的であり、且つ、より電気抵抗値が低い導体配線や接合構造体が得られる点で好ましい。
上記導電性組成物を基板上に塗布する厚さとしては、上記方法で形成される導体配線や接合構造体の厚みが、例えば15~400μm、好ましくは20~250μm、より好ましくは40~200μmとなる範囲である。
本開示の導電性組成物を塗布する基板としては、例えば、セラミック基板、SiC基板、窒化ガリウム基板、金属基板、ガラスエポキシ基板、BTレジン基板、ガラス基板、耐熱性プラスチック基板(ポリイミド系フィルム等)、汎用プラスチック基板(ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリエチレンナフタレートフィルム等のポリエステル系フィルム;ポリプロピレン等のポリオレフィン系フィルム等)などが挙げられる。
上記焼結体を備えた電子デバイスとしては、例えば、液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイ、フィールドエミッションディスプレイ(FED)、ICカード、ICタグ、太陽電池、LED素子、有機トランジスタ、コンデンサー(キャパシタ)、電子ペーパー、フレキシブル電池、フレキシブルセンサ、メンブレンスイッチ、タッチパネル、EMIシールド等が挙げられる。
本明細書に開示された各々の態様は、本明細書に開示された他のいかなる特徴とも組み合わせることができる。各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は、一例であって、本開示の趣旨から逸脱しない範囲内で、適宜、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。また、本開示に係る各発明は、実施形態や以下の実施例によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。
以下、実施例により本開示の発明をより具体的に説明するが、本開示の発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
(例1)
硝酸銀(富士フィルム和光純薬(株)製試薬)とシュウ酸二水和物(富士フィルム和光純薬(株)製試薬)から、シュウ酸銀(分子量:303.78)を得た。500mLフラスコに上記シュウ酸銀40.0g(0.1317mol)を仕込み、これに、60gのn-ブタノール(富士フィルム和光純薬(株)製試薬、特級)を添加し、シュウ酸銀のn-ブタノールスラリーを調製した。このスラリーに、30℃で、n-ブチルアミン(分子量:73.14、東京化成工業(株)製試薬、δP:4.5)115.58g(1.5802mol)、2-エチルヘキシルアミン(分子量:129.25、富士フィルム和光純薬(株)製試薬、δP:3.2)51.06g(0.3950mol)、及びn-オクチルアミン(分子量:129.25、東京化成工業(株)製試薬、δP:3.0)17.02g(0.1317mol)のアミン混合液を滴下した。滴下後、30℃で1時間撹拌して、シュウ酸銀とアミンの錯形成反応を進行させた。シュウ酸銀-アミン錯体の形成後に、110℃にて1時間加熱して、シュウ酸銀-アミン錯体を熱分解させて、濃青色の、表面修飾銀ナノ粒子を含む懸濁液を得た。
硝酸銀(富士フィルム和光純薬(株)製試薬)とシュウ酸二水和物(富士フィルム和光純薬(株)製試薬)から、シュウ酸銀(分子量:303.78)を得た。500mLフラスコに上記シュウ酸銀40.0g(0.1317mol)を仕込み、これに、60gのn-ブタノール(富士フィルム和光純薬(株)製試薬、特級)を添加し、シュウ酸銀のn-ブタノールスラリーを調製した。このスラリーに、30℃で、n-ブチルアミン(分子量:73.14、東京化成工業(株)製試薬、δP:4.5)115.58g(1.5802mol)、2-エチルヘキシルアミン(分子量:129.25、富士フィルム和光純薬(株)製試薬、δP:3.2)51.06g(0.3950mol)、及びn-オクチルアミン(分子量:129.25、東京化成工業(株)製試薬、δP:3.0)17.02g(0.1317mol)のアミン混合液を滴下した。滴下後、30℃で1時間撹拌して、シュウ酸銀とアミンの錯形成反応を進行させた。シュウ酸銀-アミン錯体の形成後に、110℃にて1時間加熱して、シュウ酸銀-アミン錯体を熱分解させて、濃青色の、表面修飾銀ナノ粒子を含む懸濁液を得た。
得られた懸濁液を冷却し、これにメタノール(富士フィルム和光純薬(株)製試薬、特級)120gを加えて攪拌し、その後、遠心分離により表面修飾銀ナノ粒子を沈降させ、上澄み液を除去した。表面修飾銀ナノ粒子に対して、次に、メタノール(東京化成工業(株)製試薬)120gを加えて攪拌し、その後、遠心分離により表面修飾銀ナノ粒子を沈降させ、上澄み液を除去した。このようにして、メタノールを含む湿った状態の表面修飾銀ナノ粒子を調製した。熱天秤(「TG/DTA6300」、SII社製)を用いた測定結果から、湿潤状態の表面修飾銀ナノ粒子全量(100質量%)において表面修飾銀ナノ粒子の含有量は90質量%であった。すなわち、湿潤状態の表面修飾銀ナノ粒子に、メタノールが10質量%含まれていた。上記表面修飾銀ナノ粒子の表面を保護する有機化合物に係るδP(N)は4.2であった。この値は、n-ブチルアミン(δP:4.5、75モル%)、2-エチルヘキシルアミン(δP:3.2、18.7モル%)、n-オクチルアミン(δP:3.0、6.3モル%)について、それぞれのδPをモル比で加重平均することによって得た。
また、湿潤状態の表面修飾銀ナノ粒子について、走査型電子顕微鏡(「JSM-6700F」、日本電子(株)製)を用いて観察し、SEM写真において任意に選ばれた10個の銀ナノ粒子の粒子径を求め、それらの平均値を平均粒子径とした。表面修飾銀ナノ粒子における銀ナノ粒子部分の平均粒子径(一次粒子径)は50nm程度であった。
エチルセルロース樹脂(商品名「エトセルstd.300」、ダウケミカル社製)0.4g及びブチルカルビトールアセテート(東京化成工業(株)製)3.96gを、自転公転式混練機(「マゼルスターKKK2508」、倉敷紡績(株)製)を用いて20分間攪拌混練して樹脂溶液を調製した。
上記湿潤状態の表面修飾銀ナノ粒子7.77gに、上記樹脂溶液2.23gを加え、自転公転式混練機(「マゼルスターKKK2508」、倉敷紡績(株)製)を用いて30秒間攪拌混練し、その後、スパチュラを用いて1分間撹拌することを3回行い、更に、真空乾燥(室温)することによって、黒茶色の導電性組成物を得た。
(例2)
エチルセルロース樹脂に加える溶剤をジヒドロターピネオールアセテート(日本テルペン化学(株)製)に変更した以外は例1と同様にして導電性組成物を調製した。
エチルセルロース樹脂に加える溶剤をジヒドロターピネオールアセテート(日本テルペン化学(株)製)に変更した以外は例1と同様にして導電性組成物を調製した。
(例3)
エチルセルロース樹脂に加える溶剤を商品名「テルソルブTHA-70」(日本テルペン化学(株)製)に変更した以外は例1と同様にして導電性組成物を調製した。
エチルセルロース樹脂に加える溶剤を商品名「テルソルブTHA-70」(日本テルペン化学(株)製)に変更した以外は例1と同様にして導電性組成物を調製した。
(例4)
エチルセルロース樹脂に加える溶剤をジプロピレングリコールモノブチルエーテル(東京化成工業(株)製)に変更した以外は例1と同様にして導電性組成物を調製した。
エチルセルロース樹脂に加える溶剤をジプロピレングリコールモノブチルエーテル(東京化成工業(株)製)に変更した以外は例1と同様にして導電性組成物を調製した。
(例5)
エチルセルロース樹脂に加える溶剤をテトラデカン(東京化成工業(株)製)に変更した以外は例1と同様にして導電性組成物を調製した。
エチルセルロース樹脂に加える溶剤をテトラデカン(東京化成工業(株)製)に変更した以外は例1と同様にして導電性組成物を調製した。
(例6)
エチルセルロース樹脂に加える溶剤をエチレングリコール(東京化成工業(株)製)に変更した以外は例1と同様にして導電性組成物を調製した。
エチルセルロース樹脂に加える溶剤をエチレングリコール(東京化成工業(株)製)に変更した以外は例1と同様にして導電性組成物を調製した。
(例7)
表面修飾銀ナノ粒子を含む懸濁液に加える溶剤をメタノールからブチルカルビトール(東京化成工業(株)製)に変更し、エチルセルロース樹脂に加える溶剤を商品名「テルソルブTHA-70」に変更した以外は、例1と同様にして導電性組成物を調製した。
表面修飾銀ナノ粒子を含む懸濁液に加える溶剤をメタノールからブチルカルビトール(東京化成工業(株)製)に変更し、エチルセルロース樹脂に加える溶剤を商品名「テルソルブTHA-70」に変更した以外は、例1と同様にして導電性組成物を調製した。
(例8)
エチルセルロース樹脂に加える溶剤をα-ターピネオールに変更した以外は例1と同様にして導電性組成物を調製した。
エチルセルロース樹脂に加える溶剤をα-ターピネオールに変更した以外は例1と同様にして導電性組成物を調製した。
(例9)
エチルセルロース樹脂に加える溶剤を1-ノナノールに変更した以外は例1と同様にして導電性組成物を調製した。
エチルセルロース樹脂に加える溶剤を1-ノナノールに変更した以外は例1と同様にして導電性組成物を調製した。
例1~9で得られた導電性組成物の表面平滑性及び印刷性を、下記方法により評価した。
(表面平滑性)
例1~9で得られた導電性組成物をガラス板上に塗布して塗膜を形成し、送風乾燥炉を用いて120℃、30分間の条件で焼結することによって4μm厚みの焼結体を得た。得られた焼結体の表面外観を光学顕微鏡を用いて観察し、1cm2あたり、15μm以上の大きさの凝集物を数えることによって、表面平滑性を評価した。表面外観において15μm以上の凝集物の数が少ないほど、表面平滑性優れることを示す。
例1~9で得られた導電性組成物をガラス板上に塗布して塗膜を形成し、送風乾燥炉を用いて120℃、30分間の条件で焼結することによって4μm厚みの焼結体を得た。得られた焼結体の表面外観を光学顕微鏡を用いて観察し、1cm2あたり、15μm以上の大きさの凝集物を数えることによって、表面平滑性を評価した。表面外観において15μm以上の凝集物の数が少ないほど、表面平滑性優れることを示す。
(表面平滑性の評価基準)
◎(非常に良好):15μm以上の凝集物の数が20個以下
〇(良好) :15μm以上の凝集物の数が20個超100個以下
×(不可) :15μm以上の凝集物の数が100個超
◎(非常に良好):15μm以上の凝集物の数が20個以下
〇(良好) :15μm以上の凝集物の数が20個超100個以下
×(不可) :15μm以上の凝集物の数が100個超
(印刷性)
例1~9で得られた導電性組成物について、スクリーン印刷装置(「LS-150TV」、ニューロング精密工業(株)製)を用いて線幅100μmの細線パターンをPETフィルム(「コスモシャインA4360」、東洋紡(株)製)上に印刷することを行い、目視及び光学顕微鏡によって細線パターンの外観を観察し、以下の評価基準に基づいて評価した。細線パターンに断線が生じにくいほど、細線を高精度に描画できるという印刷性に優れることを示す。
例1~9で得られた導電性組成物について、スクリーン印刷装置(「LS-150TV」、ニューロング精密工業(株)製)を用いて線幅100μmの細線パターンをPETフィルム(「コスモシャインA4360」、東洋紡(株)製)上に印刷することを行い、目視及び光学顕微鏡によって細線パターンの外観を観察し、以下の評価基準に基づいて評価した。細線パターンに断線が生じにくいほど、細線を高精度に描画できるという印刷性に優れることを示す。
(印刷性の評価基準)
◎(良好):印刷を100回以上連続して行っても断線が生じなかった
〇(可) :印刷可能であるものの、印刷を10回以上連続して行うと断線が生じた
×(不可):印刷の1回目から断線が生じた
◎(良好):印刷を100回以上連続して行っても断線が生じなかった
〇(可) :印刷可能であるものの、印刷を10回以上連続して行うと断線が生じた
×(不可):印刷の1回目から断線が生じた
アセテート構造を有し且つ式(1)(|δP(N)-δP(S)|)で表される値が0~2.0の範囲内である有機溶剤を特定量以上含む例1~3の導電性組成物について、また、式(1)で表される値が0~0.5の範囲内である有機溶剤を特定量以上含む例1、3の導電性組成物について、図1に示すように凝集物が見られず、優れた表面平滑性(◎、〇)が得られることがわかった。また、図3に示すように細線部に断線がなく、優れた印刷性(◎、〇)が得られることがわかった。一方、式(1)で表される値が2.0を超える有機溶剤を用いた例4~7、及び、式(1)で表される値が0.5を超える有機溶剤を用いた例8~9については、図2、図4に示すように凝集物が見られ、劣った表面平滑性(×)となることがわかった。
以下、本開示に係る発明のバリエーションを記載する。
[付記1]金属粒子(A)及び溶剤(B)を含有し、
前記金属粒子(A)は、表面が有機化合物で被覆された構成を有し、
前記溶剤(B)は、アセテート構造を有し且つ下記式(1)で表される値が0~2.0である有機溶剤を、溶剤(B)の総量に対して71質量%以上含む、導電性組成物。
|δP(N)-δP(S)| (1)
[式(1)中、δP(N)は、前記有機化合物のハンセン溶解度パラメータのδPを示し、δP(S)は、前記有機溶剤のハンセン溶解度パラメータのδPを示す]
[付記2]前記式(1)で表される値が、0~1.7(好ましくは0~1.4、より好ましくは0~0.45、更に好ましくは0~0.4)である、付記1に記載の導電性組成物。
[付記3]金属粒子(A)及び溶剤(B)を含有し、
前記金属粒子(A)は、表面が有機化合物で被覆された構成を有し、
前記溶剤(B)は、下記式(1)で表される値が0~0.5である有機溶媒を、溶剤(B)の総量に対して71質量%以上含む、導電性組成物。
|δP(N)-δP(S)| (1)
[式(1)中、δP(N)は、前記有機化合物のハンセン溶解度パラメータのδPを示し、δP(S)は、前記有機溶剤のハンセン溶解度パラメータのδPを示す]
[付記4]前記式(1)で表される値が、0~0.45(好ましくは0~0.4)である、付記3に記載の導電性組成物。
[付記5]前記金属粒子(A)の平均一次粒子径が100nm以下(好ましくは1.0~100nm、より好ましくは5.0~80nm、更に好ましくは10.0~70nm)である、付記1~4の何れか1つに記載の導電性組成物。
[付記6]前記有機化合物のδP(N)が、0.5~10.0(好ましくは1.0~7.0、より好ましくは3.0~5.0)である、付記1~5のいずれか1つに記載の導電性組成物。
[付記7]前記有機化合物が、アミノ基、カルボキシル基、ヒドロキシル基、スルホ基、及びチオール基からなる群より選択される少なくとも1種の官能基を有する化合物である、付記1~6のいずれか1つに記載の導電性組成物。
[付記8]前記有機化合物がアミンを含む、付記1~6のいずれか1つに記載の導電性組成物。
[付記9]前記アミンが、上記式(a-1)で表され、式中のR1、R2、R3が同一又は異なって、水素原子又は一価の炭化水素基(R1、R2、R3が共に水素原子である場合は除く)であり、総炭素数が6以上であるモノアミン(1)、上記式(a-1)で表され、式中のR1、R2、R3が同一又は異なって、水素原子又は一価の炭化水素基(R1、R2、R3が共に水素原子である場合は除く)であり、総炭素数が5以下であるモノアミン(2)、上記式(a-2)で表され、式中のR8が二価の炭化水素基であり、R4~R7は同一又は異なって、水素原子又は一価の炭化水素基であり、総炭素数が8以下であるジアミン(3)から選択される少なくとも1種を含有する、付記8に記載の導電性組成物。
[付記10]前記モノアミン(1)と、前記モノアミン(2)及び/又は前記ジアミン(3)とを含む、付記9に記載の導電性組成物。
[付記11]前記炭化水素が、脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基及び芳香族炭化水素基(好ましくは脂肪族炭化水素基及び脂環式炭化水素基、より好ましくは脂肪族炭化水素基)から選択される少なくとも1種である、付記9又は10に記載の導電性組成物。
[付記12]前記アミンが、総炭素総数が6以上である脂肪族炭化水素モノアミン(1)と、総炭素総数が5以下である脂肪族炭化水素モノアミン(2)及び/又は総炭素総数が8以下である脂肪族炭化水素ジアミン(3)とを含む、付記8に記載の導電性組成物。
[付記13]前記金属粒子(A)を構成する金属が、金、銀、銅、ニッケル、パラジウム、スズ、アルミニウム、ロジウム、コバルト、ルテニウム、プラチナ、パラジウム、クロム、インジウム及びこれらの合金から選択される少なくとも1種である、付記1~12のいずれか1つに記載の導電性組成物。
[付記14]前記金属粒子(A)が、銅粒子又は銀粒子(好ましくは銀粒子)である、付記1~12のいずれか1つに記載の導電性組成物。
[付記15]前記金属粒子(A)中の前記有機化合物の含有量が、0.5~10質量%(好ましくは1.0~7.0質量%(より好ましくは1.5~5.0質量%)である、付記1~14のいずれか1つに記載の導電性組成物。
[付記16]前記金属粒子(A)の含有割合が、前記導電性組成物100質量%に対して、85質量%以下(好ましくは30~85質量%、より好ましくは40~82質量%、更に好ましくは50~80質量%)である、付記1~15のいずれか1つに記載の導電性組成物。
[付記17]前記アセテート構造を有し且つ上記式(1)で表される値が0~2.0である有機溶剤の含有割合が、溶媒(B)の総量100質量%に対して、75質量%以上(好ましくは80質量%以上、より好ましくは90質量%以上、更に好ましくは95質量%以上、特に好ましくは97質量%以上)である、付記1、2、5~16のいずれか1つに記載の導電性組成物。
[付記18]前記式(1)で表される値が0~0.5である有機溶剤の含有割合が、溶媒(B)の総量100質量%に対して、75質量%以上(好ましくは80質量%以上、より好ましくは90質量%以上、更に好ましくは95質量%以上、特に好ましくは97質量%以上)である、付記3~16のいずれか1つに記載の導電性組成物。
[付記19]前記溶剤(B)の含有割合が、前記導電性組成物100質量%に対して、15質量%以上(好ましくは15~70質量%、より好ましくは18~60質量%、更に好ましくは20~50質量%)である、付記1~18のいずれか1つに記載の導電性組成物。
[付記20]前記金属粒子(A)及び前記溶剤(B)の合計の含有割合が、前記導電性組成物100質量%に対して、70質量%以上(好ましくは80質量%以上、より好ましくは90質量%以上、更に好ましくは95質量%以上)である、付記1~19のいずれか1つに記載の導電性組成物。
[付記21]更に、セルロース系樹脂を含有する、付記1~20のいずれか1つに記載の導電性組成物。
[付記22]前記セルロース系樹脂の含有割合が、前記導電性組成物100質量%に対して、5質量%以下(好ましくは3質量%以下、より好ましくは1質量%以下)である、付記21に記載の導電性組成物。
[付記23]付記1~22のいずれか1つに記載の導電性組成物の焼結体。
[付記24]基板上に、付記23に記載の焼結体を備えた、電子デバイス。
[付記1]金属粒子(A)及び溶剤(B)を含有し、
前記金属粒子(A)は、表面が有機化合物で被覆された構成を有し、
前記溶剤(B)は、アセテート構造を有し且つ下記式(1)で表される値が0~2.0である有機溶剤を、溶剤(B)の総量に対して71質量%以上含む、導電性組成物。
|δP(N)-δP(S)| (1)
[式(1)中、δP(N)は、前記有機化合物のハンセン溶解度パラメータのδPを示し、δP(S)は、前記有機溶剤のハンセン溶解度パラメータのδPを示す]
[付記2]前記式(1)で表される値が、0~1.7(好ましくは0~1.4、より好ましくは0~0.45、更に好ましくは0~0.4)である、付記1に記載の導電性組成物。
[付記3]金属粒子(A)及び溶剤(B)を含有し、
前記金属粒子(A)は、表面が有機化合物で被覆された構成を有し、
前記溶剤(B)は、下記式(1)で表される値が0~0.5である有機溶媒を、溶剤(B)の総量に対して71質量%以上含む、導電性組成物。
|δP(N)-δP(S)| (1)
[式(1)中、δP(N)は、前記有機化合物のハンセン溶解度パラメータのδPを示し、δP(S)は、前記有機溶剤のハンセン溶解度パラメータのδPを示す]
[付記4]前記式(1)で表される値が、0~0.45(好ましくは0~0.4)である、付記3に記載の導電性組成物。
[付記5]前記金属粒子(A)の平均一次粒子径が100nm以下(好ましくは1.0~100nm、より好ましくは5.0~80nm、更に好ましくは10.0~70nm)である、付記1~4の何れか1つに記載の導電性組成物。
[付記6]前記有機化合物のδP(N)が、0.5~10.0(好ましくは1.0~7.0、より好ましくは3.0~5.0)である、付記1~5のいずれか1つに記載の導電性組成物。
[付記7]前記有機化合物が、アミノ基、カルボキシル基、ヒドロキシル基、スルホ基、及びチオール基からなる群より選択される少なくとも1種の官能基を有する化合物である、付記1~6のいずれか1つに記載の導電性組成物。
[付記8]前記有機化合物がアミンを含む、付記1~6のいずれか1つに記載の導電性組成物。
[付記9]前記アミンが、上記式(a-1)で表され、式中のR1、R2、R3が同一又は異なって、水素原子又は一価の炭化水素基(R1、R2、R3が共に水素原子である場合は除く)であり、総炭素数が6以上であるモノアミン(1)、上記式(a-1)で表され、式中のR1、R2、R3が同一又は異なって、水素原子又は一価の炭化水素基(R1、R2、R3が共に水素原子である場合は除く)であり、総炭素数が5以下であるモノアミン(2)、上記式(a-2)で表され、式中のR8が二価の炭化水素基であり、R4~R7は同一又は異なって、水素原子又は一価の炭化水素基であり、総炭素数が8以下であるジアミン(3)から選択される少なくとも1種を含有する、付記8に記載の導電性組成物。
[付記10]前記モノアミン(1)と、前記モノアミン(2)及び/又は前記ジアミン(3)とを含む、付記9に記載の導電性組成物。
[付記11]前記炭化水素が、脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基及び芳香族炭化水素基(好ましくは脂肪族炭化水素基及び脂環式炭化水素基、より好ましくは脂肪族炭化水素基)から選択される少なくとも1種である、付記9又は10に記載の導電性組成物。
[付記12]前記アミンが、総炭素総数が6以上である脂肪族炭化水素モノアミン(1)と、総炭素総数が5以下である脂肪族炭化水素モノアミン(2)及び/又は総炭素総数が8以下である脂肪族炭化水素ジアミン(3)とを含む、付記8に記載の導電性組成物。
[付記13]前記金属粒子(A)を構成する金属が、金、銀、銅、ニッケル、パラジウム、スズ、アルミニウム、ロジウム、コバルト、ルテニウム、プラチナ、パラジウム、クロム、インジウム及びこれらの合金から選択される少なくとも1種である、付記1~12のいずれか1つに記載の導電性組成物。
[付記14]前記金属粒子(A)が、銅粒子又は銀粒子(好ましくは銀粒子)である、付記1~12のいずれか1つに記載の導電性組成物。
[付記15]前記金属粒子(A)中の前記有機化合物の含有量が、0.5~10質量%(好ましくは1.0~7.0質量%(より好ましくは1.5~5.0質量%)である、付記1~14のいずれか1つに記載の導電性組成物。
[付記16]前記金属粒子(A)の含有割合が、前記導電性組成物100質量%に対して、85質量%以下(好ましくは30~85質量%、より好ましくは40~82質量%、更に好ましくは50~80質量%)である、付記1~15のいずれか1つに記載の導電性組成物。
[付記17]前記アセテート構造を有し且つ上記式(1)で表される値が0~2.0である有機溶剤の含有割合が、溶媒(B)の総量100質量%に対して、75質量%以上(好ましくは80質量%以上、より好ましくは90質量%以上、更に好ましくは95質量%以上、特に好ましくは97質量%以上)である、付記1、2、5~16のいずれか1つに記載の導電性組成物。
[付記18]前記式(1)で表される値が0~0.5である有機溶剤の含有割合が、溶媒(B)の総量100質量%に対して、75質量%以上(好ましくは80質量%以上、より好ましくは90質量%以上、更に好ましくは95質量%以上、特に好ましくは97質量%以上)である、付記3~16のいずれか1つに記載の導電性組成物。
[付記19]前記溶剤(B)の含有割合が、前記導電性組成物100質量%に対して、15質量%以上(好ましくは15~70質量%、より好ましくは18~60質量%、更に好ましくは20~50質量%)である、付記1~18のいずれか1つに記載の導電性組成物。
[付記20]前記金属粒子(A)及び前記溶剤(B)の合計の含有割合が、前記導電性組成物100質量%に対して、70質量%以上(好ましくは80質量%以上、より好ましくは90質量%以上、更に好ましくは95質量%以上)である、付記1~19のいずれか1つに記載の導電性組成物。
[付記21]更に、セルロース系樹脂を含有する、付記1~20のいずれか1つに記載の導電性組成物。
[付記22]前記セルロース系樹脂の含有割合が、前記導電性組成物100質量%に対して、5質量%以下(好ましくは3質量%以下、より好ましくは1質量%以下)である、付記21に記載の導電性組成物。
[付記23]付記1~22のいずれか1つに記載の導電性組成物の焼結体。
[付記24]基板上に、付記23に記載の焼結体を備えた、電子デバイス。
Claims (8)
- 金属粒子(A)及び溶剤(B)を含有し、
前記金属粒子(A)は、表面が有機化合物で被覆された構成を有し、
前記溶剤(B)は、アセテート構造を有し且つ下記式(1)で表される値が0~2.0である有機溶剤を、溶剤(B)の総量に対して71質量%以上含む、導電性組成物。
|δP(N)-δP(S)| (1)
[式(1)中、δP(N)は、前記有機化合物のハンセン溶解度パラメータのδPを示し、δP(S)は、前記有機溶剤のハンセン溶解度パラメータのδPを示す] - 金属粒子(A)及び溶剤(B)を含有し、
前記金属粒子(A)は、表面が有機化合物で被覆された構成を有し、
前記溶剤(B)は、下記式(1)で表される値が0~0.5である有機溶媒を、溶剤(B)の総量に対して71質量%以上含む、導電性組成物。
|δP(N)-δP(S)| (1)
[式(1)中、δP(N)は、前記有機化合物のハンセン溶解度パラメータのδPを示し、δP(S)は、前記有機溶剤のハンセン溶解度パラメータのδPを示す] - 前記金属粒子(A)の平均一次粒子径が100nm以下である、請求項1又は2に記載の導電性組成物。
- 前記有機化合物がアミンを含む、請求項1又は2に記載の導電性組成物。
- 前記アミンが、総炭素総数が6以上である脂肪族炭化水素モノアミン(1)と、総炭素総数が5以下である脂肪族炭化水素モノアミン(2)及び/又は総炭素総数が8以下である脂肪族炭化水素ジアミン(3)とを含む、請求項4に記載の導電性組成物。
- 更に、セルロース系樹脂を含有する、請求項1又は2に記載の導電性組成物。
- 請求項1又は2に記載の導電性組成物の焼結体。
- 基板上に、請求項7に記載の焼結体を備えた、電子デバイス。
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