JP5769340B2 - 導電性組成物及び導電膜 - Google Patents
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Description
しかし、従来の導電性組成物は、焼成温度が十分に低いものではなく、また、焼成して得られる導電膜の抵抗値が十分に低いものではなかった。
HOOC−R1−COOH …(1)
(式中、R1は、水素原子の少なくとも1個が他の官能基によって置換されていてもよい炭素数1個以上3個以下の直鎖状の飽和炭化水素基を表している。)
H2N−R2−OH …(2)
(式中、R2は、少なくとも1個の水素原子が他の官能基によって置換されていてもよい炭素数1個以上4個以下の直鎖状の飽和炭化水素基を表している。)
H2N−R3−O−R4 …(3)
(式中、R3及びR4は、少なくとも1個の水素原子が他の官能基によって置換されていてもよい炭素数1個以上4個以下の直鎖状の飽和炭化水素基を表している。)
H2N−R5−NH−R6 …(4)
(式中、R5は、少なくとも1個の水素原子が他の官能基によって置換されていてもよい炭素数1個以上8個以下の直鎖状の飽和炭化水素基を表している。R6は、H原子もしくは炭素数1個以上4個以下の直鎖状の飽和炭化水素基を表している。)
本発明の導電性組成物は、(A)錫又は錫合金を主体とする金属粉と、(B)有機酸と、(C)アミンとを含む導電性組成物であって、前記(A)金属粉に含まれる錫成分100重量部に対して、(B)有機酸を1重量部以上15重量部以下、(C)アミンを2重量部以上30重量部以下含むことを特徴とする。
上記(B)有機酸の含有量がこの範囲よりも少ない場合、金属粉の表面の酸化膜を除去する有機酸のフラックス効果が十分に得られないため、抵抗値の低い導電膜を得ることができない。
一方、上記(B)有機酸の含有量がこの範囲よりも多い場合、有機酸の量が過剰となり、導電性組成物中における金属(Sn)の含有率が相対的に低下するため、抵抗値の低い導電膜を得ることができない。また、有機酸が固体(粉状)である場合には、金属粉に有機酸、及びアミンを添加してペースト状の導電性組成物を調製することが困難になる。
上記(C)アミンの含有量がこの範囲よりも少ない場合、アミンによる錯体化の効果が十分に得られないため、抵抗値の低い導電膜が得られない。また、アミンは有機酸の可溶化にも寄与しているため、ペースト状の導電性組成物を調製することが困難になる。
一方、上記(C)アミンの含有量がこの範囲よりも多い場合、アミンの量が過剰となり、導電性組成物中における金属(Sn)の含有率が相対的に低下するため、抵抗率の低い導電膜を得ることができない。
HOOC−R1−COOH …(1)
(式中、R1は、水素原子の少なくとも1個が他の官能基によって置換されていてもよい炭素数1個以上3個以下の直鎖状の飽和炭化水素基を表している。)
H2N−R2−OH …(2)
(式中、R2は、少なくとも1個の水素原子が他の官能基によって置換されていてもよい炭素数1個以上4個以下の直鎖状の飽和炭化水素基を表している。)
H2N−R3−O−R4 …(3)
(式中、R3及びR4は、少なくとも1個の水素原子が他の官能基によって置換されていてもよい炭素数1個以上4個以下の直鎖状の飽和炭化水素基を表している。)
H2N−R5−NH−R6 …(4)
(式中、R5は、少なくとも1個の水素原子が他の官能基によって置換されていてもよい炭素数1個以上8個以下の直鎖状の飽和炭化水素基を表している。R6は、H原子もしくは炭素数1個以上4個以下の直鎖状の飽和炭化水素基を表している。)
なお、(A)〜(C)成分を混合する順番は任意であり、例えば、(A)〜(C)成分を同時に混合してもよいし、(B)成分と(C)成分とを混合した後に、(A)成分を後から加えて混合してもよいが、(B)成分と(C)成分を混合すると発熱するので、予め(B)成分と(C)成分を混合しておき、そこに(A)成分を混合する方が調製しやすい。
また、水、プロピレングリコール、メタノール、エタノール、1,3−プロパンジオール、及びヒドロキシ酢酸エチルから選ばれる少なくとも1種の溶剤を用いることが好ましい。このような溶剤を添加することによって、導電性組成物を基板への塗布に適した粘度に調整することができる。後述するように、より好ましいのは、水又はプロピレングリコールであり、最も好ましいのは、水である。
上記(B)有機酸と溶剤を混合する第1工程と、
第1工程において得られた混合液と上記(C)アミンを混合する第2工程と、
第2工程において得られた混合液と、上記(A)錫又は錫合金を主体とする金属粉を混合する第3工程と、を有する導電性組成物の製造方法。
上記(A)〜(C)成分、及び、必要に応じて他の成分を混合してペースト状の導電性組成物を得た後、この導電性組成物を基板上に塗布する。塗布方法としては、例えば、スクリーン印刷法などの公知の方法を用いることができる。
本発明の導電性組成物によってこのような効果が得られる理由は、以下の通りであると考えられる。
また、導電性組成物に含まれるアミンが、金属粉の表面においてある種の錯体を形成し、この錯体が加熱されることによって、金属粉同士を結合するための連続的な膜を形成する。
これにより、導電性組成物を60℃以上230℃以下という低い温度で加熱した場合であっても、高い導電性を示す導電膜を形成できると考えられる。
まず、(A)錫粉、(B)有機酸、(C)アミン、及び溶剤を混合して、ペースト状の導電性組成物を調製した。各実施例及び各比較例に係る導電性組成物の組成、導電性組成物に含まれる各成分の混合比は、表1〜表3に示す通りである。なお、錫粉としては、平均粒径が5μmの球状粉を用いた。
1.60℃の加熱温度で120分間
2.100℃の加熱温度で60分間
3.150℃の加熱温度で30分間
4.200℃の加熱温度で15分間
表4に示す結果を見れば分かる通り、実施例1〜13に係る導電性組成物によれば、60℃以上200℃以下という低い温度で加熱した場合であっても、大部分の比抵抗値が10−5のオーダーであり、比抵抗値の低い導電膜が得られることが判明した。
また、錫粉、クエン酸、及び3−アミノ−1−プロパノールを混合して得られた導電性組成物は、60℃という室温に近い温度で加熱した場合であっても、10×10−5[Ω・cm]という低い抵抗値を持つ導電膜が得られることが判明した。
Claims (20)
- 錫又は錫合金を主体とする金属粉と、有機酸と、アミンとを含む導電性組成物であって、前記金属粉に含まれる錫成分100重量部に対して、前記有機酸を1重量部以上15重量部以下、前記アミンを2重量部以上30重量部以下含むことを特徴とする導電性組成物。
- 前記アミンと前記有機酸との重量比が、前記有機酸1重量部に対して前記アミンが1重量部以上4重量部以下である請求項1に記載の導電性組成物。
- 前記有機酸は、カルボン酸である請求項1又は請求項2に記載の導電性組成物。
- 前記有機酸は、1分子中に複数個のカルボキシル基を有するカルボン酸である請求項3に記載の導電性組成物。
- 前記有機酸は、ジカルボン酸またはトリカルボン酸である請求項4に記載の導電性組成物。
- 前記有機酸は、下記式(1)で表されるカルボン酸である請求項3から請求項5のうちいずれか1項に記載の導電性組成物。
HOOC−R1−COOH …(1)
(式中、R1は、水素原子の少なくとも1個が他の官能基によって置換されていてもよい炭素数1個以上3個以下の直鎖状の飽和炭化水素基を表している。) - 前記有機酸は、クエン酸、リンゴ酸、コハク酸、酒石酸、またはマロン酸である請求項3から請求項6のうちいずれか1項に記載の導電性組成物。
- 前記有機酸は、OH基を有する脂肪族モノカルボン酸である請求項3に記載の導電性組成物。
- 前記有機酸は、2つのカルボキシル基がオルト位に位置している環状ジカルボン酸である請求項3から請求項5のうちいずれか1項に記載の導電性組成物。
- 前記有機酸は、アスコルビン酸である請求項1又は請求項2に記載の導電性組成物。
- 前記アミンは、アミノアルコールである請求項1から請求項10のうちいずれか1項に記載の導電性組成物。
- 前記アミンは、下記式(2)で表されるアミンである請求項11に記載の導電性組成物。
H2N−R2−OH …(2)
(式中、R2は、少なくとも1個の水素原子が他の官能基によって置換されていてもよい炭素数1個以上4個以下の直鎖状の飽和炭化水素基を表している。) - 前記アミンは、3−アミノ−1−プロパノールである請求項12に記載の導電性組成物。
- 前記アミンは、アルコキシ基を有するアミンである請求項1から請求項10のうちいずれか1項に記載の導電性組成物。
- 前記アミンは、下記式(3)で表されるアミンである請求項14に記載の導電性組成物。
H2N−R3−O−R4 …(3)
(式中、R3及びR4は、少なくとも1個の水素原子が他の官能基によって置換されていてもよい炭素数1個以上4個以下の直鎖状の飽和炭化水素基を表している。) - 前記アミンは、3−メトキシプロピルアミンである請求項15に記載の導電性組成物。
- 前記アミンは、ジアミンである請求項1から請求項10のうちいずれか1項に記載の導電性組成物。
- 前記アミンは、下記式(4)で表されるアミンである請求項17に記載の導電性組成物。
H2N−R5−NH−R6 …(4)
(式中、R5は、少なくとも1個の水素原子が他の官能基によって置換されていてもよい炭素数1個以上8個以下の直鎖状の飽和炭化水素基を表している。R6は、H原子もしくは炭素数1個以上4個以下の直鎖状の飽和炭化水素基を表している。) - 前記アミンは、1,3−ジアミノプロパンもしくはN−メチル−1,3−ジアミノプロパンである請求項18に記載の導電性組成物。
- 請求項1から請求項19のうちいずれか1項に記載の導電性組成物を基板上に塗布した後に、60℃以上230℃以下で加熱することにより得られる導電膜。
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