JP3599733B2 - 感光性導電ペースト及びそれを用いて形成した導電体パターン - Google Patents
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Description
しかしながら、この蒸着法は、真空容器内に電極形成部材を収納して金の蒸着膜を形成するものであり、装置が大がかりで高価であるばかりでなく、部材の出し入れがわずらわしく、真空引きに時間を要するなど作業性が悪いという欠点があった。
しかしながら、かかる印刷技術を用いてパターン化させる方法では、低コストで作業性は良くなるものの工業的に安定して100μm以下の線幅を有する導電体パターンを形成することは困難であった。
そのため最近では、感光性導電ペーストを用いフォトリソグラフィー技術を利用した導電体パターンの形成方法が提案されている(特許文献1参照)。
また、本発明の他の目的は、620℃以下の温度での焼成によっても導電性が優れる導電体パターンを提供することにある。
なお、この導電体パターンは、基材上に、本発明の感光性導電ペーストを塗布・乾燥して乾燥塗膜を形成し、次いで、露光・現像した後、得られた感光性導電ペーストの乾燥塗膜パターンを、好ましくは480℃〜620℃の温度で焼成して有機分を脱バインダーすることにより、形成することが好ましい。
また、620℃以下の焼成温度で優れた導電性を得るためには、導電粉の焼結性を向上させる必要があり、かかる手段として、導電粉末の粒子径を極端に小さくする方法やフレーク状の導電粉末を用いる方法がある。確かに、かかる方法によれば、620℃以下の焼成温度で優れた導電性を得ることができる。しかしながら、かかる方法では、感光性導電ペーストの場合、逆に光の透過性が悪くなり、高精細な導電パターンが形成し難くなる。
性を得るための手段として、銀粉末の結晶化度に着目し、鋭意研究を実施した。その結果、結晶化度の低い銀粉末、つまりX線解析パターンにおけるAg(111)面ピークの半価幅が0.15°以上の値を示す銀粉末を用いることにより、銀粉末の粒子径を細かくすることなく焼結性を向上させることができることを見出したのである。
このように本発明の感光性導電ペーストによれば、620℃以下の低温焼成にて充分に焼成することができ、優れた導電性を有する高精細な導電体パターンを提供することができる。
本発明の感光性導電ペーストを構成する結晶化度の低い銀粉末(A)は、ペーストに導電性を付与するものであり、X線解析パターンにおけるAg(111)面ピークの半価幅が0.15°以上、好ましくは0.19°以上の値を示すものを用いる。この半価幅が0.15未満の銀粉末では、銀粉末の結晶化度が高く、粒子間の焼結が起こりにくいため、620℃以下の焼成温度では抵抗値が下がらないため好ましくない。また、該半価幅は1.0°以下であることが好ましい。半価幅が1.0°を超えると銀粉末の結晶化度が低く、粒子間の結着が進みすぎ、ラインの不規則なうねりやよれを生じるおそれがあるため好ましくない。
この有機バインダー(B)としては、カルボキシル基を有する樹脂、具体的にはそれ自体がエチレン性不飽和二重結合を有するカルボキシル基含有感光性樹脂及びエチレン性不飽和二重結合を有さないカルボキシル基含有樹脂のいずれも使用可能である。好適に使用できる樹脂(オリゴマー及びポリマーのいずれでもよい)としては、以下のようなものが挙げられる。
(1)(a)不飽和カルボン酸と(b)不飽和二重結合を有する化合物を共重合させることによって得られるカルボキシル基含有樹脂
(2)(a)不飽和カルボン酸と(b)不飽和二重結合を有する化合物の共重合体にエチレン性不飽和基をペンダントとして付加させることによって得られるカルボキシル基含有感光性樹脂
(3)(c)エポキシ基と不飽和二重結合を有する化合物と(b)不飽和二重結合を有する化合物の共重合体に、(a)不飽和カルボン酸を反応させ、生成した2級の水酸基に(d)多塩基酸無水物を反応させて得られるカルボキシル基含有感光性樹脂
(4)(e)不飽和二重結合を有する酸無水物と(b)不飽和二重結合を有する化合物の共重合体に、(f)水酸基を有する化合物を反応させて得られるカルボキシル基含有樹脂
(5)(e)不飽和二重結合を有する酸無水物と(b)不飽和二重結合を有する化合物の共重合体に、(g)水酸基と不飽和二重結合を有する化合物を反応させて得られるカルボキシル基含有感光性樹脂
(6)(h)多官能エポキシ化合物と(h)不飽和モノカルボン酸を反応させ、生成した2級の水酸基に(i)多塩基酸無水物を反応させて得られるカルボキシル基含有感光性樹脂
(7)(b)不飽和二重結合を有する化合物とグリシジル(メタ)アクリレートの共重合体のエポキシ基に、(j)1分子中に1つのカルボキシル基を有し、エチレン性不飽和結合を持たない有機酸を反応させ、生成した2級の水酸基に(d)多塩基酸無水物を反応させて得られるカルボキシル基含有樹脂
(8)(k)水酸基含有ポリマーに(d)多塩基酸無水物を反応させて得られるカルボキシル基含有樹脂
(9)(k)水酸基含有ポリマーに(d)多塩基酸無水物を反応させて得られるカルボキシル基含有樹脂に、(c)エポキシ基と不飽和二重結合を有する化合物をさらに反応させて得られるカルボキシル基含有感光性樹脂
上記樹脂の分子量が1,000より低い場合、現像時の皮膜の密着性に悪影響を与え、一方、100,000よりも高い場合、現像不良を生じ易いので好ましくない。また、酸価が30mgKOH/gより低い場合、アルカリ水溶液に対する溶解性が不充分で現像不良を生じ易く、一方、250mgKOH/gより高い場合、現像時に皮膜の密着性の劣化や光硬化部(露光部)の溶解が生じるので好ましくない。さらに、カルボキシル基含有感光性樹脂の場合、感光性樹脂の二重結合当量が350よりも小さいと、焼成時に残渣が残り易くなり、一方、2,000よりも大きいと、現像時の作業余裕度が狭く、また光硬化時に高露光量を必要とするので好ましくない。
この低融点ガラス粉末としては、鉛系、ビスマス系、リン系、リチュウム系等のガラス転移点(Tg)が300〜500℃、軟化点(Ts)が400〜600℃の低融点ガラス粉末を使用することが好ましい。Tgが300℃より低く、Tsが400℃より低いと、脱バインダーよりも低い温度で溶融が生じて有機バインダーを包み込み易くなり、残存する有機バインダーが分解することにより組成物中にブリスターが生じやすくなるため好ましくない。一方、Tgが500℃を超え、Tsが600℃を超えると、620℃以下の焼成条件で基板への充分な密着性が得られ難くなるため好ましくない。
また、解像性の観点から、低融点ガラス粉末は、その粒径が10μm以下であることが好ましく、結晶性、非結晶性の何れであっても良い。
このような低融点ガラス粉末のペースト中の配合割合は、本発明の銀粉末(A)100質量部当たり好ましくは1〜30質量部であり、より好ましくは2〜15質量部である。この低融点ガラス粉末の配合割合が1質量部より少ない場合、基板への密着性が充分に得られず、一方、30質量部を超えると、導電性が低くなるため好ましくない。
ここで、基材としては、特定のものに限定されるものではないが、例えば、ガラス基板やセラミック基板などの耐熱性基板を用いることができる。
なお、ペーストを予めフィルム状に成膜することもでき、この場合には基材上にフィルムをラミネートすればよい。
露光工程としては、所定の露光パターンを有するネガマスクを用いた接触露光又は非接触露光が可能である。露光光源としては、ハロゲンランプ、高圧水銀灯、レーザー光、メタルハライドランプ、ブラックランプ、無電極ランプなどが使用される。露光量としては50〜1000mJ/cm2程度が好ましい。
また、該組成物例1に対し、銀粉末を表1に掲げるものに変更したこと以外は同様にして組成物例2(銀粉末B)及び比較組成物例1(銀粉末C)に係る感光性導電ペーストを作製した。
温度計、攪拌機、滴下ロート、及び還流冷却器を備えたフラスコに、メチルメタクリレートとメタクリル酸を0.87:0.13のモル比で仕込み、溶媒としてジプロピレングリコールモノメチルエーテル、触媒としてアゾビスイソブチロニトリルを入れ、窒素雰囲気下、80℃で2〜6時間攪拌し、樹脂溶液を得た。この樹脂溶液中の有機バインダー(共重合樹脂)は、重量平均分子量が約10,000、酸価が74mgKOH/gであった。
なお、得られた有機バインダーの重量平均分子量は、島津製作所製ポンプLC−6ADと昭和電工製カラムShodex(登録商標)KF−804、KF−803、KF−802を三本つないだ高速液体クロマトグラフィーを用いて測定した。
表1に示す半価幅、平均粒径、及び比表面積を有する銀粉末A、B又はCを用いた。なお、半価幅は、X線分析装置(理学製、RINT−1500)を使用した銀粉末のX線解析パターンにおけるAg(111)面ピークの半価幅であり、平均粒径は、SEM観察によるランダムな10個の銀粉末の平均粒径である。
その製造方法は以下のとおりである。
銀粉末A
銀イオンとして20g/Lの硝酸銀水溶液5Lに工業用アンモニア350mLを加えて、銀のアミン錯体溶液を得た。これに純水5Lを加えて希釈し、還元剤としてヒドラジンの80%溶液32mLを加え、この直後にオレイン酸0.43gを加えた。このようにして得られた銀スラリーを水洗、乾燥することにより銀粉末Aを得た。
銀粉末B
銀イオンとして20g/Lの硝酸銀水溶液5Lに濃度100g/Lの水酸化ナトリウム溶液40mLを加えてpH調整し、工業用アンモニア450mLを加えて、銀のアミン錯体溶液を得た。これに濃度100g/Lの水酸化ナトリウム溶液40mLを更に加えてpH調整し、純水5Lを加えて希釈し、還元剤として工業用ホルマリン500mLを加え、この直後にオレイン酸0.43gを加えた。このようにして得られた銀スラリーを水洗、乾燥することにより銀粉末Bを得た。
銀粉末C
純水3300gに、硝酸銀水溶液(銀38g相当)、アンモニア水溶液(アンモニア34g相当)を攪拌しながら添加し、15分間攪拌後、硝酸アンモニウム5g、ステアリン酸ソーダ水50mL(ステアリン酸ソーダ添加比率:500ppm/Ag)を添加し、その後、過酸化水素水溶液(3.3mol/L)と水酸化ナトリウム水溶液(0.8mol/L)をそれぞれ100mL/分の速度で同時に240秒間添加した。このようにして得られた銀スラリーを水洗、乾燥することにより銀粉末Cを得た。
低融点ガラス粉末としては、成分組成がBi2O3:49%、B203:14%、ZnO:14%、SiO2:6%、BaO:17%であり、熱膨張係数α300=85×10-7 /℃、ガラス転移点460℃である低融点ガラスを粉砕し、平均粒径1.6μmとした。
有機バインダーA 100.0部
トリメチロールプロパントリアクリレート 45.0部
2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−
(4−モルフォリノフェニル)−ブタノン−1 10.0部
2,4−ジエチルチオキサントン 1.0部
ジプロピレングリコールモノメチルエーテル 90.0部
銀粉 A 550.0部
ガラス粉末 25.0部
リン酸エステル 2.0部
消泡剤(BYK-354:ビックケミージャパン製) 1.0部
試験片作成:
ガラス基板上に、評価用の各感光性導電ペーストを180メッシュのポリエステルスクリーンを用いて全面に塗布し、次いで、熱風循環式乾燥炉にて90℃で20分間乾燥して指触乾燥性の良好な塗膜を形成した。次に、光源としてメタルハライドランプを用い、ネガマスクを介して、乾燥塗膜上の積算光量が300mJ/cm2となるようにパターン露光した後、液温30℃の0.5質量%Na2CO3水溶液を用いて現像を行い、水洗した。そして、こうして塗膜パターンを形成した基板を、空気雰囲気下にて5℃/分で550℃まで昇温して570℃で30分間焼成し、導電体パターンを形成した試験片を作成した。
上記方法によって作成した試験片の最小ライン幅を評価した。
(比抵抗値):
上記方法によって4mm×10cmのパターンを有する試験片を作成し、パターンの抵抗値と膜厚を測定して比抵抗値を算出した。
(密着性):
上記方法によって作成した試験片について、粘着テープピーリングを行い、パターンの剥離がないかどうかで評価した。評価基準は以下のとおりである。
○:パターン剥離無し ×パターン剥離有り
(焼成収縮率(幅、厚さ)):
上記方法によって導電体パターンを形成するにあたり、マスク幅100μmラインの現像後と焼成後の線幅、膜厚を測定し収縮率(%)を算出した。
Claims (2)
- (A)結晶化度の低い銀粉末,(B)有機バインダー,(C)光重合性モノマー,(D)光重合開始剤を含有するペーストであって、前記結晶化度の低い銀粉末(A)が、X線解析パターンにおけるAg(111)面ピークの半価幅で0.15°以上1.0°以下の値を示すものであることを特徴とする620℃以下の温度で焼成される感光性導電ペースト。
- 前記請求項1記載の感光性導電ペーストを620℃以下の温度で焼成して焼成物パターンを形成してなることを特徴とする導電体パターン。
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