JP5993779B2 - 導電膜形成用組成物、導電膜、配線基板 - Google Patents
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Description
また、本発明は、上記導電膜形成用組成物より形成される導電膜、および、導電膜を備える配線基板に関する。
このような金属のイオンマイグレーションを防止する方法として、金属配線中に所定のマイグレーション抑制剤を導入する方法が提案されている(特許文献1)。
また、各種回路や部品の性能向上の点からは、金属配線の導電特性のより一層の向上も要求されている。
一方、導電膜の導電特性を考慮して、導電膜内におけるマイグレーション抑制剤の含有量を減らすと、導電特性は向上するものの導電膜間の絶縁信頼性が低下する。
このように、従来技術においては、導電膜の導電特性とイオンマイグレーション抑制機能(言い換えると、導電膜間の絶縁信頼性)はトレードオフの関係にあることが多く、両者をより高いレベルで達成する技術が求められていた。
また、本発明は、該導電膜形成用組成物より形成される導電膜、および、該導電膜を備える配線基板を提供することも目的とする。
つまり、本発明者らは、以下の構成により上記課題が解決できることを見出した。
(2) マイグレーション抑制剤が、後述する一般式(1)〜一般式(5)で表される化合物、後述する一般式(22)で表される化合物、後述する一般式(23)で表される化合物、および、後述する一般式(24)で表される基と後述する一般式(25)で表される基とを有する化合物からなる群から選ばれる少なくとも一つを含む、(1)に記載の導電膜形成用組成物。
(3) 金属粒子に含まれる金属原子が、金、銀、銅、およびアルミニウムからなる群から選択される(1)または(2)に記載の導電膜形成用組成物。
(4) (1)〜(3)のいずれか1つに記載の導電膜形成用組成物から形成される導電膜。
(5) (4)に記載の導電膜を備える配線基板。
また、本発明によれば、該導電膜形成用組成物より形成される導電膜、および、該導電膜を備える配線基板を提供することもできる。
まず、本発明の従来技術と比較した特徴点について詳述する。
本発明の特徴点の一つとしては、フッ素原子を含有するマイグレーション抑制剤(以後、F含有マイグレーション抑制剤とも称する)を使用する点が挙げられる。本発明の導電膜形成用組成物を用いて基材上に導電膜を形成すると、F含有マイグレーション抑制剤の表面エネルギーが低さのため、F含有マイグレーション抑制剤が導電膜の表面近傍に移動し、導電膜の露出表面(基材と接触していない表面)付近にF含有マイグレーション抑制剤が偏在し、通常トレードオフの関係にある導電膜の導電特性とイオンマイグレーション抑制機能との両者をより高いレベルで両立することができる。より具体的には、導電膜の外側露出表面付近に多くのF含有マイグレーション抑制剤を偏在させることにより、導電膜の露出表面付近から外側に析出する金属イオンの拡散を効率よく抑制することができる。また、導電膜の外側表面付近に多くのF含有マイグレーション抑制剤を偏在させることにより、導電膜内部において金属以外の不純物の量を低減させることができ、結果として導電膜内部で導通路が形成され、優れた導電特性を達成することができる。
まず、組成物中に含まれる成分について詳述する。
F含有マイグレーション抑制剤(F含有マイグレーション防止剤)は、フッ素原子を含有し、金属イオンのイオンマイグレーションを抑制する化合物である。
F含有マイグレーション抑制剤中のフッ素原子の含有率(フッ素含有率)は使用される金属粒子の種類などに応じて適宜調整されるが、形成される導電膜間でのイオンマグレーション抑制能がより優れると共に、導電膜の導電特性にもより優れる点(以後、単に「本発明の効果がより優れる点」とも称する)で、20質量%以上65質量%未満であることが好ましく、25〜60質量%がより好ましく、30〜55質量%がさらに好ましい。
なお、フッ素含有率とは、マイグレーション抑制剤の全分子量中におけるフッ素原子の占める質量の割合(含有率)を表したものである。
以下、これらの化合物について詳述する。
まず、一般式(1)で表される化合物について説明する。
P−(CR1=Y)n−Q 一般式(1)
一般式(1)中、PおよびQは、それぞれ独立に、OH、NR2R3またはCHR4R5を表す。ただし、nが0であるとき、PおよびQの両方がCHR4R5であることはなく、PおよびQの両方がOHであることもない。Yは、CR6または窒素原子を表す。
窒素原子に置換可能な基としては窒素原子に置換できる基であれば特に制限されないが、例えば、アルキル基(シクロアルキル基を含む)、アルケニル基(シクロアルケニル基、ビシクロアルケニル基を含む)、アルキニル基、アリール基、複素環基、アルキルおよびアリールスルフィニル基、アルキルおよびアリールスルホニル基、アシル基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、カルバモイル基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、またはこれらの組み合わせなどが挙げられる。
上記の官能基の中で、水素原子を有するものは、これを取り去りさらに置換されていてもよい。
好ましい例としては、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、シクロプロピル、ブチル、イソブチル、t−ブチル、sec−ブチル、ペンチル、イソペンチル、ネオペンチル、t−ペンチル、ヘキシル、シクロヘキシル、ヘプチル、シクロペンチル、オクチル、2−エチルヘキシル、ノニル、デシル、ドデシル、テトラデシル、ヘキサデシル、オクタデシル、エイコシル、ドコシル、トリアコンチルなどを挙げることができる。さらに好ましくは、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、t−ブチル、sec−ブチル、t−ブチル、ペンチル、イソペンチル、ネオペンチル、ヘキシル、シクロヘキシル、オクチル、2−エチルヘキシル、ドデシル、ヘキサデシル、オクタデシルであり、特に好ましくは、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、ブチル、t−ブチル、ペンチル、イソペンチル、ヘキシル、シクロヘキシル、オクチル、2−エチルヘキシル、ドデシル、ヘキサデシル、オクタデシルである。
なお、アルキル基には、−CO−、−NH−、−O−、−S−、またはこれらを組み合わせた基などの連結基が含まれていてもよい。なお、アルキル基中に上記連結基が含まれる場合、その位置は特に制限されず、末端であってもよい。例えば、−S−Rx(Rx:アルキル基)であってもよい。
置換基としては、ハロゲン原子、アルキル基(シクロアルキル基を含む)、アルケニル基(シクロアルケニル基、ビシクロアルケニル基を含む)、アルキニル基、アリール基、複素環基、シアノ基、ヒドロキシル基、ニトロ基、カルボキシル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、シリルオキシ基、複素環オキシ基、アシルオキシ基、カルバモイルオキシ基、アルコキシカルボニルオキシ基、アリールオキシカルボニルオキシ、アミノ基(アニリノ基を含む)、アシルアミノ基、アミノカルボニルアミノ基、アルコキシカルボニルアミノ基、アリールオキシカルボニルアミノ基、スルファモイルアミノ基、アルキルおよびアリールスルホニルアミノ基、メルカプト基、アルキルチオ基、アリールチオ基、複素環チオ基、スルファモイル基、スルホ基、アルキルおよびアリールスルフィニル基、アルキルおよびアリールスルホニル基、アシル基、アリールオキシカルボニル基、アルコキシカルボニル基、カルバモイル基、アリールおよび複素環アゾ基、イミド基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスフィニルオキシ基、ホスフィニルアミノ基、シリル基、またはこれらの組み合わせが挙げられる。
R2およびR3で表されるアルケニル基はさらに置換基を有していてもよい。置換基の例としては、前述のR2およびR3で表されるアルキル基の置換基を挙げることができる。
なお、アルケニル基には、上記アルキル基と同様に、−CO−、−NH−、−O−、−S−またはこれらを組み合わせた基などの連結基が含まれていてもよい。
R2およびR3で表されるアルキニル基はさらに置換基を有していてもよい。置換基の例としては、前述のR2およびR3で表されるアルキル基の置換基を挙げることができる。
なお、アルキニル基には、上記アルキル基と同様に、−CO−、−NH−、−O−、−S−またはこれらを組み合わせた基などの連結基が含まれていてもよい。
さらに好ましくは、フェニル、2−メチルフェニル、4−メチルフェニル、2−エチルフェニル、4−エチルフェニル、2,4−ジメチルフェニル、2,6−ジメチルフェニル、2,4,6−トリメチルフェニル、1−ナフチル、2−ナフチル、2−クロロフェニル、4−クロロフェニル、2−メトキシフェニル、3−メトキシフェニル、4−メトキシフェニル、2−ベンジルフェニル、4−ベンジルフェニルなどを挙げることができ、特に好ましくは、フェニル、2−メチルフェニル、4−メチルフェニル、2,4−ジメチルフェニル、2,6−ジメチルフェニル、2,4,6−トリメチルフェニル、1−ナフチル、2−ナフチル、2−クロロフェニル、4−クロロフェニル、2−メトキシフェニル、4−メトキシフェニル、2−ベンジルフェニル、4−ベンジルフェニルなどを挙げることができる。
R2およびR3で表されるアリール基はさらに置換基を有していてもよい。置換基の例としては、前述のR2およびR3で表されるアルキル基の置換基を挙げることができる。
R4およびR5で表される置換基としては、前述のR2およびR3で表されるアルキル基の置換基を挙げることができ、好ましくは、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、または、これらを組み合わせた基であり、それぞれの好ましい例としては、前述のR2およびR3の例を挙げることができる。
R4およびR5で表される基は、さらに置換基を有していてもよい。置換基の例としては、前述のR2およびR3で表されるアルキル基の置換基を挙げることができる。
R1およびR6で表される置換基としては、前述のR2およびR3で表されるアルキル基の置換基を挙げることができ、好ましくは、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、または、これらを組み合わせた基であり、それぞれの好ましい例としては、前述のR2およびR3の例を挙げることができる。
R1およびR6で表される基は、さらに置換基を有していてもよい。置換基の例としては、前述のR2およびR3で表されるアルキル基の置換基を挙げることができる。
なお、二つの基が結合する際には、単結合、二重結合および三重結合のいずれかの結合形式が含まれていてもよい。
なお、R1〜R6の少なくとも一つの基中の一部または全部の水素原子(好ましくは、炭素原子に結合している一部または全部の水素原子)は、フッ素原子で置換されていることが好ましい。なかでも、フッ素原子は、フルオロアルキル基(以下、Rf基もいう)またはRf基で置換された基として含まれることが好ましい。つまり、R1〜R6の少なくとも一つの基中には、フルオロアルキル基が含まれることが好ましい。
Rf基は、炭素原子数1ないし14の直鎖もしくは分岐のパーフルオロアルキル基、または、炭素原子数1ないし14の直鎖もしくは分岐のパーフルオロアルキル基で置換された、炭素原子数2ないし20の置換基であることが好ましい。
炭素原子数1ないし14の直鎖または分岐鎖パーフルオロアルキル基の例としては、CF3−、C2F5−、C3F7−、C4F9−、C5F11−、(CF3)2−CF−(CF2)2−、C6F13−、C7F15−、(CF3)2−CF−(CF2)4−、C8F17−、C9F19−、C10F21−、C12F25−およびC14F29−を挙げることができる。
炭素原子数1ないし14のパーフルオロアルキル基により置換された炭素原子数2ないし20の置換基の例としては、(CF3)2CF(CF2)4(CH2)2−、C9F19CH2−、C8F17CH2CH(OH)CH2−、C8F17CH2CH(OH)CH2OC=OCH2−、(CF3)2CF(CF2)4(CH2)2OC=OCH2−、C8F17CH2CH(OH)CH2OC=O(CH2)2−、(CF3)2CF(CF2)4(CH2)2OC=O(CH2)2−、(CF3)2CFOC2F4−、CF3CF2 CF2O〔CF(CF3)CF2O〕4−CF(CF3)−、などを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
Rf基は分子中に1ないし4個含まれることが好ましい。
なお、上述した一般式(1)で表される化合物は、2種以上使用してもよい。
なお、一般式(6)〜一般式(21)で表される化合物には、上述したフッ素含有率を満たすフッ素原子が含まれることが好ましい。
一般式(6)において、V6は置換基を表す。aは、1〜4の整数(好ましくは1〜2の整数を表し、より好ましくは1)を表す。なお、V6のうち少なくとも一つにはフッ素原子が含まれる。つまり、V6が1つの場合、その置換基にはフッ素原子が含まれ、V6が2つ以上の場合、少なくとも1つのV6にフッ素原子が含まれていればよい。フッ素原子は、少なくとも1つのV6で表される基中の一部または全部の水素原子(好ましくは、炭素原子に結合している一部または全部の水素原子)に置換して導入されることが好ましい。なかでも、V6中に上述したRf基が含まれることが好ましい。
V6で表される置換基としては、前述の一般式(1)においてR2およびR3で表されるアルキル基の置換基を挙げることができる。一般式(6)に複数のV6が存在している場合、それぞれの基は同一であっても、異なっていてもよく、互いに結合して環を形成していてもよい。
以下に、一般式(6)で表される化合物の具体例を示す。但し、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、以下、化合物の構造式に併記した百分率表示は、フッ素原子の質量含率(フッ素含有率)を示すものである。
一般式(7)において、V7は置換基を表す。aは、1〜4の整数(好ましくは1〜2の整数を表し、より好ましくは1)を表す。なお、V7のうち少なくとも一つにはフッ素原子が含まれる。つまり、V7が1つの場合、その置換基にはフッ素原子が含まれ、V7が2つ以上の場合、少なくとも1つのV7にフッ素原子が含まれていればよい。フッ素原子は、少なくとも1つのV7で表される基中の一部または全部の水素原子(好ましくは、炭素原子に結合している一部または全部の水素原子)に置換して導入されることが好ましい。なかでも、V7中に上述したRf基が含まれることが好ましい。
V7で表される置換基としては、前述の一般式(1)においてR2およびR3で表されるアルキル基の置換基を挙げることができる。一般式(7)に複数のV7が存在している場合、それぞれの基は同一であっても、異なっていてもよく、互いに結合して環を形成していてもよい。
以下に、一般式(7)で表される化合物の具体例を示す。但し、本発明はこれらに限定されるものではない。
一般式(8)において、V8は置換基を表す。bは、0〜4の整数(好ましくは1〜2の整数を表し、より好ましくは1)を表す。V8で表される置換基としては、前述の一般式(1)においてR2およびR3で表されるアルキル基の置換基を挙げることができる。一般式(8)に複数のV8が存在している場合、それぞれの基は同一であっても、異なっていてもよく、互いに結合して環を形成していてもよい。
V8、R81およびR82のうち少なくとも1つには、フッ素原子が含まれる。なかでも、V8、R81およびR82の少なくとも一つの基中の一部または全部の水素原子(好ましくは、炭素原子に結合している一部または全部の水素原子)が、フッ素原子で置換されていることが好ましい。また、V8、R81およびR82のうち少なくとも1つには、上述したRf基が含まれることがより好ましい。
なお、V8が複数ある場合、複数のV8、R81およびR82のうち少なくとも1つの基に、フッ素原子が含まれる。
一般式(9)において、V9は置換基を表す。bは、0〜4の整数(好ましくは1〜2の整数を表し、より好ましくは1)を表す。V9で表される置換基としては、前述の一般式(1)においてR2およびR3で表されるアルキル基の置換基を挙げることができる。一般式(9)に複数のV9が存在している場合、それぞれの基は同一であっても、異なっていてもよく、互いに結合して環を形成していてもよい。
V9、R91およびR92のうち少なくとも1つには、フッ素原子が含まれる。なかでも、V9、R91およびR92の少なくとも一つの基中の一部または全部の水素原子(好ましくは、炭素原子に結合している一部または全部の水素原子)が、フッ素原子で置換されていることが好ましい。また、V9、R91およびR92のうち少なくとも1つには、上述したRf基が含まれることがより好ましい。
なお、V9が複数ある場合、複数のV9、R91およびR92のうち少なくとも1つの基に、フッ素原子が含まれる。
一般式(10)において、V10は置換基を表す。bは、0〜4の整数(好ましくは1〜2の整数を表し、より好ましくは1)を表す。V10で表される置換基としては、前述の一般式(1)においてR2およびR3で表されるアルキル基の置換基を挙げることができる。一般式(10)に複数のV10が存在している場合、それぞれの基は同一であっても、異なっていてもよく、互いに結合して環を形成していてもよい。
R101およびR102で表される置換基としては、前述のR2およびR3で表されるアルキル基の置換基を挙げることができ、好ましくは、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、または、アリール基であり、それぞれの好ましい例としては、前述のR2およびR3の例を挙げることができる。
R101およびR102が置換基を表す場合、これらの基は、さらに置換基を有していてもよい。置換基の例としては、前述の一般式(1)のR2およびR3で表されるアルキル基の置換基を挙げることができる。
なお、V10が複数ある場合、複数のV10、R101およびR102のうち少なくとも1つの基に、フッ素原子が含まれる。
一般式(11)において、V11は置換基を表す。bは、0〜4の整数(好ましくは1〜2の整数を表し、より好ましくは1)を表す。V11で表される置換基としては、前述の一般式(1)においてR2およびR3で表されるアルキル基の置換基を挙げることができる。一般式(11)に複数のV11が存在している場合、それぞれの基は同一であっても、異なっていてもよく、互いに結合して環を形成していてもよい。
R111およびR112で表される置換基としては、前述のR2およびR3で表されるアルキル基の置換基を挙げることができ、好ましくは、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、または、アリール基であり、それぞれの好ましい例としては、前述のR2およびR3の例を挙げることができる。
R111またはR112が置換基を表す場合、これらの基は、さらに置換基を有していてもよい。置換基の例としては、前述の一般式(1)のR2およびR3で表されるアルキル基の置換基を挙げることができる。
なお、V11が複数ある場合、複数のV11、R111およびR112のうち少なくとも1つの基に、フッ素原子が含まれる。
一般式(12)において、V12は置換基を表す。bは、0〜4の整数(好ましくは1〜2の整数を表し、より好ましくは1)を表す。V12で表される置換基としては、前述の一般式(1)においてR2およびR3で表されるアルキル基の置換基を挙げることができる。一般式(12)に複数のV12が存在している場合、それぞれの基は同一であっても、異なっていてもよく、互いに結合して環を形成していてもよい。
なお、V12が複数ある場合、複数のV12、R121、R122、R123およびR124のうち少なくとも1つの基に、フッ素原子が含まれる。
一般式(13)において、V13は置換基を表す。bは、0〜4の整数(好ましくは1〜2の整数を表し、より好ましくは1)を表す。V13で表される置換基としては、前述の一般式(1)においてR2およびR3で表されるアルキル基の置換基を挙げることができる。一般式(13)に複数のV13が存在している場合、それぞれの基は同一であっても、異なっていてもよく、互いに結合して環を形成していてもよい。
なお、V13が複数ある場合、複数のV13、R131、R132、R133およびR134のうち少なくとも1つの基に、フッ素原子が含まれる。
一般式(14)において、V14は置換基を表す。cは、1〜2の整数(好ましくは11)を表す。なお、V14のうち少なくとも一つにはフッ素原子が含まれる。つまり、V14が1つの場合、その置換基にはフッ素原子が含まれ、V14が2つ以上の場合、少なくとも1つのV14にフッ素原子が含まれていればよい。フッ素原子は、少なくとも1つのV14で表される基中の一部または全部の水素原子(好ましくは、炭素原子に結合している一部または全部の水素原子)に置換して導入されることが好ましい。なかでも、V14中に上述したRf基が含まれることがより好ましい。
V14で表される置換基としては、前述の一般式(1)においてR2およびR3で表されるアルキル基の置換基を挙げることができる。一般式(14)に複数のV14が存在している場合、それぞれの基は同一であっても、異なっていてもよく、互いに結合して環を形成していてもよい。
一般式(15)において、V15は置換基を表す。bは、0〜4の整数(好ましくは1〜2の整数を表し、より好ましくは1)を表す。V15で表される置換基としては、前述の一般式(1)においてR2およびR3で表されるアルキル基の置換基を挙げることができる。一般式(15)に複数のV15が存在している場合、それぞれの基は同一であっても、異なっていてもよく、互いに結合して環を形成していてもよい。
なお、V15が複数ある場合、複数のV15、R151およびR152のうち少なくとも1つの基に、フッ素原子が含まれる。
一般式(16)において、V16は置換基を表す。bは、0〜4の整数(好ましくは1〜2の整数を表し、より好ましくは1)を表す。V16で表される置換基としては、前述の一般式(1)においてR2およびR3で表されるアルキル基の置換基を挙げることができる。一般式(16)に複数のV16が存在している場合、それぞれの基は同一であっても、異なっていてもよく、互いに結合して環を形成していてもよい。
なお、V16が複数ある場合、複数のV16、R161およびR162のうち少なくとも1つの基に、フッ素原子が含まれる。
一般式(17)において、V17は置換基を表す。dは、0または1を表す。V17で表される置換基としては、前述の一般式(1)においてR2およびR3で表されるアルキル基の置換基を挙げることができる。一般式(17)に複数のV17が存在している場合、それぞれの基は同一であっても、異なっていてもよく、互いに結合して環を形成していてもよい。
なお、V17が複数ある場合、複数のV17、R171、R172およびR173のうち少なくとも1つの基に、フッ素原子が含まれる。
一般式(18)において、V18は置換基を表す。bは、0〜4の整数(好ましくは1〜2の整数を表し、より好ましくは1)を表す。V18で表される置換基としては、前述の一般式(1)においてR2およびR3で表されるアルキル基の置換基を挙げることができる。一般式(18)に複数のV18が存在している場合、それぞれの基は同一であっても、異なっていてもよく、互いに結合して環を形成していてもよい。
R181が置換基を表す場合、さらに置換基を有していてもよい。置換基の例としては、前述の一般式(1)のR2およびR3で表されるアルキル基の置換基を挙げることができる。
なお、V18が複数ある場合、複数のV18およびR181のうち少なくとも1つの基に、フッ素原子が含まれる。
一般式(19)において、V19は置換基を表す。bは、0〜4の整数(好ましくは1〜2の整数を表し、より好ましくは1)を表す。V19で表される置換基としては、前述の一般式(1)においてR2およびR3で表されるアルキル基の置換基を挙げることができる。一般式(19)に複数のV19が存在している場合、それぞれの基は同一であっても、異なっていてもよく、互いに結合して環を形成していてもよい。
R191が置換基を表す場合、さらに置換基を有していてもよい。置換基の例としては、前述の一般式(1)のR2およびR3で表されるアルキル基の置換基を挙げることができる。
なお、V19が複数ある場合、複数のV19およびR191のうち少なくとも1つの基に、フッ素原子が含まれる。
一般式(20)において、R201、R202、R203およびR204は、それぞれ独立に、水素原子、または、窒素原子に置換可能な基を表す。窒素原子に置換可能な基としては、前述の一般式(1)のR2およびR3に例示した基を好ましく挙げることができる。
R201、R202、R203およびR204のうち少なくとも1つには、フッ素原子が含まれる。なかでも、R201、R202、R203およびR204の少なくとも一つの基中の一部または全部の水素原子(好ましくは、炭素原子に結合している一部または全部の水素原子)が、フッ素原子で置換されていることが好ましい。また、R201、R202、R203およびR204のうち少なくとも1つには、上述したRf基が含まれることがより好ましい。
一般式(21)において、R211およびR212は、それぞれ独立に、水素原子、または、窒素原子に置換可能な基を表す。窒素原子に置換可能な基としては、前述の一般式(1)のR2およびR3に例示した基を好ましく挙げることができる。
R211およびR212のうち少なくとも1つには、フッ素原子が含まれる。なかでも、R211およびR212の少なくとも一つの基中の一部または全部の水素原子(好ましくは、炭素原子に結合している一部または全部の水素原子)が、フッ素原子で置換されていることが好ましい。また、R211およびR212のうち少なくとも1つには、上述したRf基が含まれることがより好ましい。
上記Rx1、Rx2、A、およびX11は、さらに上述した置換基を有していてもよい。
次に、一般式(2)で表される化合物について説明する。
R7−C(=O)−H 一般式(2)
本発明において一般式(2)で表される化合物には、アルデヒド体とヘミアセタール体との間に平衡が存在することにより還元性を示す化合物(アルドースなど)や、ロブリー・ドブリュイン−ファン エッケンシュタイン転位反応によるアルドース−ケトース間の異性化によりアルデヒド体を形成しうる化合物(フルクトースなど)も含有する。
R7がアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、または、アリール基を表すとき、それぞれの好ましい例としては、前述のR2およびR3の例を挙げることができる。
R7が複素環基を表すとき、好ましくは5または6員の置換または無置換の、芳香族または非芳香族の複素環化合物から一個の水素原子を取り除いた一価の基であり、さらに好ましくは、炭素数3から30の5または6員の芳香族または、非芳香族の複素環基である。好ましい例としては、2−フラニル、2−チエニル、2−ピリミジニル、2−ベンゾチアゾリル、2−ベンゾオキサゾリル、2−イミダゾリル、4−イミダゾリル、トリアゾリル、ベンゾトリアゾリル、チアジアゾリル、ピロリジニル、ピペリジニル、イミダゾリジニル、ピラゾリジニル、モルホリニル、テトラヒドロフラニル、テトラヒドロチエニルなどを挙げることができる。
R7としてさらに好ましくはアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基であり、特に好ましくは、アルキル基、アリール基である。
R7で表されるアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、または、複素環基は、さらに置換基を有していてもよい。置換基の例としては、前述の一般式(1)においてR2およびR3で表されるアルキル基の置換基を挙げることができる。
また、R7で表される基中には、ヒドロキシル基、または、−COO−で表される基が含まれていてもよい。
次に、一般式(3)で表される化合物について説明する。
R8、R9およびR10で表される基は、さらに置換基を有していてもよい。置換基の例としては、前述の一般式(1)のR2およびR3で表されるアルキル基の置換基を挙げることができる。
R8〜R10の少なくとも一つの基中の一部または全部の水素原子(好ましくは、炭素原子に結合している一部または全部の水素原子)は、フッ素原子で置換されている。なかでも、R8〜R10の少なくとも一つの基中には、上述したRf基が含まれることが好ましい。なお、一般式(3)で表される化合物には、上述したフッ素含有率を満たすフッ素原子が含まれることが好ましい。
次に、一般式(4)で表される化合物について説明する。
R11およびR12で表される基は、さらに置換基を有していてもよい。置換基の例としては、前述の一般式(1)のR2およびR3で表されるアルキル基の置換基を挙げることができる。
R11〜R12の少なくとも一つの基中の一部または全部の水素原子(好ましくは、炭素原子に結合している一部または全部の水素原子)は、フッ素原子で置換されている。なかでも、R11〜R12の少なくとも一つの基中には、上述したRf基が含まれることが好ましい。なお、一般式(4)で表される化合物には、上述したフッ素含有率を満たすフッ素原子が含まれることが好ましい。
次に、一般式(5)で表される化合物について説明する。
Z−SH 一般式(5)
一般式(5)中、Zは、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、複素環基、または、これらの基を組み合わせた基を表す。アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基および複素環基の好ましい例としては、前述の一般式(1)のR2およびR3の例を挙げることができる。
Zで表される基は、さらに置換基を有していてもよい。置換基の例としては、前述の一般式(1)のR2およびR3で表されるアルキル基の置換基を挙げることができる。
Zで表される基中の一部または全部の水素原子(好ましくは、炭素原子に結合している一部または全部の水素原子)は、フッ素原子で置換されている。なかでも、Z中には、上述したRf基が含まれることが好ましい。なお、一般式(5)で表される化合物には、上述したフッ素含有率を満たすフッ素原子が含まれることが好ましい。
置換基としては、前述の一般式(1)においてR2およびR3で表されるアルキル基の置換基を挙げることができる。R511で表される基は、さらに置換基を有していてもよい。置換基の例としては、前述の一般式(1)のR2およびR3で表されるアルキル基の置換基を挙げることができる。
なお、R511には、フッ素原子が含まれる。なかでも、R511中の一部または全部の水素原子(好ましくは、炭素原子に結合している一部または全部の水素原子)が、フッ素原子で置換されていることが好ましい。また、R511には、上述したRf基が含まれることがより好ましい。
R521、R522、およびR523のうち少なくとも一つの基中には、フッ素原子が含まれる。なかでも、R521、R522、およびR523のうち少なくとも一つの基中の一部または全部の水素原子(好ましくは、炭素原子に結合している一部または全部の水素原子)が、フッ素原子で置換されていることが好ましい。また、R521、R522、およびR523のうち少なくとも一つの基中には、上述したRf基が含まれることがより好ましい。
R531およびR532のうち少なくとも一つの基中には、フッ素原子が含まれる。なかでも、R531およびR532のうち少なくとも一つの基中の一部または全部の水素原子(好ましくは、炭素原子に結合している一部または全部の水素原子)が、フッ素原子で置換されていることが好ましい。また、R531およびR532のうち少なくとも一つの基中には、上述したRf基が含まれることがより好ましい。
R541には、フッ素原子が含まれる。なかでも、R541中の一部または全部の水素原子(好ましくは、炭素原子に結合している一部または全部の水素原子)が、フッ素原子で置換されていることが好ましい。また、R541には、上述したRf基が含まれることがより好ましい。
Ry1およびRy2がアルキル基を表すとき、好ましくは炭素数1〜30、さらに好ましくは炭素数1〜15、特に好ましくは1〜6であり、例えばメチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、t−ブチル、n−オクチル、エイコシル、クロロメチル、ヒドロキシメチル、アミノエチル、N,N−ジメチルアミノメチル、2−クロロエチル、2−シアノエチル、2−ヒドロキシエチル、2−(N,N−ジメチルアミノ)エチル、2−エチルヘキシルなどが好ましく挙げられる。
(CRy1Ry2)n1で表される構造として、好ましくは−CH2−、−CH2CH2−、−CH2CH(CH3)−、であり、さらに好ましくは−CH2CH2−、−CH2CH(CH3)−、であり、特に好ましくは−CH2CH2−である。
炭素原子数1〜14の直鎖状または分岐鎖状のパーフルオロアルキル基の例としては、CF3−、C2F5−、C3F7−、C4F9−、C5F11−、C6F13−、C7F15−、C8F17−、C9F19−、C10F21−、C12F25−、C14F29−などが挙げられる。
次に、一般式(22)で表される化合物について説明する。なお、一般式(22)で表される化合物には、上述したフッ素含有率を満たすフッ素原子が含まれることが好ましい。
上記フルオロアルキル基中の水素原子はフッ素原子以外の他のハロゲン原子に置換されていてもよい。他のハロゲン原子としては、塩素原子が好ましい。また、エーテル性酸素原子(−O−)は、フルオロアルキル基の炭素−炭素結合環に存在してもよく、フルオロアルキル基の末端に存在してもよい。また、フルオロアルキル基の構造は、直鎖構造、分岐構造、環構造、または部分的に環を有する構造が挙げられ、直鎖構造が好ましい。
Rf1としては、ペルフルオロアルキル基または水素原子1個を含むポリフルオロアルキル基であることが好ましく、ペルフルオロアルキル基が特に好ましい(ただし、エーテル性酸素原子を有するものを含む。)。
Rf1としては、炭素原子数が4〜6のペルフルオロアルキル基、または、エーテル性酸素原子を有する炭素原子数が4〜9のペルフルオロアルキル基が好ましい。
Rf1の具体例としては、以下が挙げられる。
−CF3、−CF2CF3、−CF2CHF2、−(CF2)2CF3、−(CF2)3CF3、−(CF2)4CF3、−(CF2)5CF3、−(CF2)6CF3、−(CF2)7CF3、−(CF2)8CF3、−(CF2)9CF3、−(CF2)11CF3、−(CF2)15CF3、−CF(CF3)O(CF2)5CF3、−CF2O(CF2CF2O)pCF3(pは1〜8の整数)、−CF(CF3)O(CF2CF(CF3)O)qC6F13(qは1〜4の整数)、−CF(CF3)O(CF2CF(CF3)O)rC3F7(rは1〜5の整数)。
Rf1としては、特に−(CF2)CF3または−(CF2)5CF3が好ましい。
L2は、単結合、または、水酸基若しくはフッ素原子で置換されていてもよい炭素数1〜6のアルキレン基を表す。なかでも、炭素数1〜2のアルキレン基が好ましい。
L3は、単結合または炭素数1〜6のアルキレン基を表す。なかでも、単結合または炭素数1〜2のアルキレン基が好ましい。
なかでも、−CO2−、−O−、−S−、−SO2NR222−、または、−CONR222−が好ましい。
ただし、Y1およびZ1がいずれも単結合以外の場合、L2はフッ素原子で置換されていてもよい炭素数1〜6のアルキレン基を表す。
次に、一般式(23)で表される化合物について説明する。なお、一般式(23)で表される化合物には、上述したフッ素含有率を満たすフッ素原子が含まれることが好ましい。
(CR231R232)nで表される構造として、好ましくは−CH2−、−CH2CH2−、−CH2CH(CH3)−、であり、さらに好ましくは−CH2CH2−、−CH2CH(CH3)−、であり、特に好ましくは−CH2CH2−である。
(CR233R234)mで表される構造として、好ましくは、−CH2−、−CH2CH2−、−CH2CH(CH3)−、−CH2CH2CH2−、−CH2CH(OH)CH2−、−CH2CH(CH2OH)−であり、さらに好ましくは、−CH2−、−CH2CH2−、−CH2CH(OH)CH2−、−CH2CH2CH2−、であり、特に好ましくは、−CH2−、−CH2CH2−、である。
Y2が単結合または−CO−のとき、nは0を表し、mは0〜6の整数を表す。なかでも、mは0〜4が好ましく、1〜2がより好ましい。
Y2が−COO−のとき、nは1または2を表し、好ましくは2を表す。mは1〜6の整数を表し、1〜4が好ましく、1〜2がより好ましい。
パーフルオロアルキレン基の炭素数は1〜20であるが、2〜15が好ましく、3〜12がより好ましい。パーフルオロアルキレン基の具体例としては、例えば、−C4F8−、−C5F10−、−C6F12−、−C7F14−、−C8F16−、−C9F18−、−C10F20−、−C12F24−などが挙げられる。
パーフルオロエーテル基とは、上記パーフルオロアルキレン基中の1箇所以上の炭素−炭素原子間、またはパーフルオロアルキレン基の結合末端にエーテル性酸素原子(−O−)が挿入された基を意味する。パーフルオロアルキレン基の炭素数は1〜20であるが、2〜15が好ましく、3〜12がより好ましい。パーフルオロエーテル基の具体例としては、−(CgF2gO)h−(式中、gはそれぞれ独立に1〜20の整数であり、hは1以上の整数であり、g×h≦20以下の関係を満たす。)で表されるパーフルオロエーテル基が挙げられる。
次に、一般式(24)で表される基と一般式(25)で表される基とを有する化合物(以後、化合物Xとも称する)について説明する。なお、化合物Xには、上述したフッ素含有率を満たすフッ素原子が含まれることが好ましい。
*は、結合位置を示す。
Rfは、エーテル性酸素原子を有していてもよい水素原子の少なくとも1つがフッ素原子に置換された炭素原子数20以下のフルオロアルキル基、またはフッ素原子を表す。Rfの定義は、炭素原子数が異なる点を除いて上記Rf1と同義であり、好適態様も同義である。
*は、結合位置を示す。
Z2は、単結合、エステル基、アミド基、またはエーテル基を表す。
L4は、単結合または2価の有機基を表す。L4で表される有機基としては、直鎖、分岐、若しくは環状のアルキレン基、芳香族基、またはこれらを組み合わせた基であることが好ましい態様の1つである。該アルキレン基と芳香族基とを組み合わせた基は、さらに、エーテル基、エステル基、アミド基、ウレタン基、ウレア基を介していてもよい。なかでも、L4中の総炭素数が1〜15であることが好ましい。なお、ここで、総炭素数とは、例えば、L4で表される置換若しくは無置換の2価の有機基に含まれる総炭素原子数を意味する。具体的には、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、フェニレン基、及びこれらの基が、メトキシ基、ヒドロキシル基、塩素原子、臭素原子、フッ素原子等で置換されたもの、更には、これらを組み合わせた基が挙げられる。
L5は、単結合、または、炭素数1〜6のフッ素を有さない2価の有機基を表す。なかでも、炭素数2〜4のアルキレン基であることが好ましい。
なお、一般式(26)および一般式(27)中のR241〜R244、XおよびRfの定義は、上述の通りである。
ポリマーA中における一般式(27)で表される繰り返し単位の含有量は特に制限されないが、本発明の効果がより優れる点で、ポリマー中の全繰り返し単位に対して、10〜95モル%が好ましく、30〜90モル%がより好ましい。
ポリマーAの重量平均分子量は特に制限されないが、イオンマイグレーション抑制能がより優れる点で、3,000〜500,000が好ましく、5,000〜100,000がより好ましい。
*−(R281O)qR282 一般式(28)
R281は、炭素数1〜4のアルキレン基を表す。
R282は、水素原子または置換基を有していてもよい炭素数1〜10のアルキル基を表す。なかでも、水素原子または炭素数1〜4のアルキル基が好ましい。置換基の例としては、前述のR2およびR3で表されるアルキル基の置換基を挙げることができる。
qは、1〜210の整数を表す。
一般式(28)で表される基の好適態様としては、以下の一般式(28−1)で表される基が挙げられる。
*−(R283O)k(R284O)jR282 一般式(28−1)
R283は、エチレン基を表す。R284は、炭素数3〜4のアルキレン基を表す。
kは、0〜100の整数を表す。なかでも、1〜50が好ましく、2〜23がより好ましい。
jは、0〜100の整数を表す。なかでも、0〜50が好ましく、0〜23がより好ましい。
なお、k+jは2≦k+j≦100を満たす。
一般式(26)および一般式(27)の説明は、上述の通りである。
L6は、単結合または炭素数1〜10のフッ素原子を有しない2価の有機基である。L6が上記有機基である場合、直鎖構造、分岐構造、環構造、部分的に環を有する構造の炭素数1〜10のオキシアルキレン基であることが好ましい。オキシアルキレン基として具体的には、CH2CH10CH2O(式中、C6H10は、シクロヘキシレン基である。)、CH2O、CH2CH2O、CH2CH(CH3)O、CH(CH3)O、CH2CH2CH2O、C(CH3)2O、CH(CH2CH3)CH2O、CH2CH2CH2CH2O、CH(CH2CH2CH3)O、CH2(CH2)3CH2O、CH(CH2CH(CH3)2)Oなどが挙げられる。なかでも、炭素数2〜4のオキシアルキレン基であることが好ましい。
なお、一般式(29)中、R281、R282、qの定義は、上述の通りである。
ポリマーB中における一般式(27)で表される繰り返し単位の含有量は特に制限されないが、本発明の効果がより優れる点で、ポリマー中の全繰り返し単位に対して、10〜85モル%が好ましく、20〜70モル%がより好ましい。
ポリマーB中における一般式(29)で表される繰り返し単位の含有量は特に制限されないが、本発明の効果がより優れる点で、ポリマー中の全繰り返し単位に対して、10〜85モル%が好ましく、20〜70モル%がより好ましい。
ポリマーBの重量平均分子量は特に制限されないが、イオンマイグレーション抑制能がより優れる点で、3,000〜500,000が好ましく、5,000〜100,000がより好ましい。
組成物中に含まれる金属粒子は、導電膜を構成する金属成分となる。より具体的には、本発明の組成物を基板上に塗布して、必要に応じて加熱処理を施すことにより、金属粒子同士が融着してグレインを形成し、さらにグレイン同士が接着・融着して導電膜が形成される。
金属粒子を構成する金属原子の種類は特に制限されず、用途に応じて適宜最適な金属の種類が選択される。なかでも、プリント配線基板などの配線回路としての点から、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケルまたはこれらの合金などが挙げられる。
金属マイクロ粒子の平均粒径は特に制限されず、導電膜の導電特性がより優れる点で、0.5〜10μmが好ましく、1〜5μmがより好ましい。
金属ナノ粒子の平均粒径は特に制限されず、導電膜の導電特性がより優れる点で、5〜100nmが好ましく、10〜20nmがより好ましい。
なお、金属粒子の平均粒径は、金属粒子を電子顕微鏡(SEM若しくはTEM)により観察して、20個以上の金属粒子の一次粒径(直径)を測定して、それらを算術平均して得られる平均値である。
使用される保護剤の種類は特に制限されず、公知のポリマー(例えば、ポリビニルピロリドンなど側鎖に自由電子を有する官能基を有するポリマー)や、公知の界面活性剤などが挙げられる。
なかでも、金属ナノ粒子の場合、その表面が保護剤で覆われていることが好ましく、特に、熱重量測定(TGA)において160℃まで加熱した際の重量減少率が30%以上である保護剤を使用することが好ましい。このような保護剤であれば、加熱処理を施して導電膜を形成した際に、保護剤が導電膜中に残存しにくく、導電特性に優れた導電膜が得られる。
組成物には、必要に応じて、F含有マイグレーション抑制剤および金属粒子以外に他の成分が含まれていてもよい。
例えば、組成物には、樹脂バインダーが含まれていてもよい。樹脂バインダーが含まれることにより、機材と導電膜との密着性がより向上する。使用される樹脂バインダーの種類は特に制限されないが、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリビニルピロリドン、またはシランカップリング剤の反応物などが挙げられる。
なお、使用される有機溶媒としては、例えば、アルコール系溶媒(例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール、sec-ブタノール、カルビトール、2−ヘプタノール、オクタノール、2−エチルヘキサノール、α―テルピネオール、ジエチレングリコールモノエチルエーテル)、ケトン系溶媒(例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン)、炭化水素系溶媒(例えば、ヘプタン、オクタン、ドデカン)芳香族炭化水素溶媒(例えば、トルエン、キシレン)、アミド系溶媒(例えば、ホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン、ジメチルプロピレンウレア)、ニトリル系溶媒(例えば、アセトニトリル、プロピオニトリル)、エステル系溶媒(例えば、酢酸メチル、酢酸エチル)、カーボネート系溶媒(例えば、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート)、エーテル系溶媒、ハロゲン系溶媒などが挙げられる。これらの溶媒を、2種以上混合して使用してもよい。
組成物中に溶媒が含まれる場合、溶媒の含有量は、組成物の塗布性および保存安定性に優れる点で、組成物全質量に対して、10〜70質量%が好ましく、15〜55質量%がより好ましい。
上記組成物を用いて導電膜を製造することができる。
導電膜の製造方法は特に制限されず、上記組成物を基材上に塗布して、必要に応じて、硬化処理を施して導電膜を製造方法が挙げられる。
組成物が塗布される基材の種類は特に制限されず、使用目的に応じて最適な基材が選択される。例えば、樹脂基材、ガラス基材、セラミック基材などが挙げられる。配線基板への応用の点からは、絶縁性の基材(絶縁性基材)を使用することが好ましい。
なお、組成物の塗布後、必要に応じて、溶媒を除去するために、塗布後に乾燥処理を実施してもよい。乾燥処理の際の加熱条件は特に制限されないが、生産性の点から、50〜150℃(好ましくは80〜120℃)で5分〜2時間(好ましくは、10分〜1時間)程度加熱することが好ましい。
加熱処理の条件は、使用される金属粒子の種類によって適宜最適な条件が選択される。なかでも、短時間で、導電性により優れる導電膜を形成することができる点で、加熱温度は150〜400℃が好ましく、150〜250℃がより好ましく、また、加熱時間は5〜120分が好ましく、10〜60分がより好ましい。
なお、加熱手段は特に制限されず、オーブン、ホットプレート等公知の加熱手段を用いることができる。
光照射処理で使用される光源は特に制限されず、例えば、水銀灯、メタルハライドランプ、キセノンランプ、ケミカルランプ、カーボンアーク灯等がある。放射線としては、電子線、X線、イオンビーム、遠赤外線などがある。また、g線、i線、Deep−UV光、高密度エネルギービーム(レーザービーム)も使用される。
具体的な態様としては、赤外線レーザーによる走査露光、キセノン放電灯などの高照度フラッシュ露光、赤外線ランプ露光などが好適に挙げられる。
光照射は、フラッシュランプによる光照射が好ましく、フラッシュランプによるパルス光照射であることがより好ましい。高エネルギーのパルス光の照射は、塗膜を付与した部分の表面を、極めて短い時間で集中して加熱することができるため、基材への熱の影響を極めて小さくすることができる。
パルス光の照射エネルギーとしては、1〜100J/cm2が好ましく、1〜30J/cm2がより好ましく、パルス幅としては1μ秒〜100m秒が好ましく、10μ秒〜10m秒がより好ましい。パルス光の照射時間は、1〜100m秒が好ましく、1〜50m秒がより好ましく、1〜20m秒が更に好ましい。
上記の手順によって形成された導電膜においては、F含有マイグレーション抑制剤が導電膜の表層部分に偏在する。以下、図1を用いてより詳細に詳述する。
図1は、配線基板の第1の実施態様の模式的断面図を示し、配線基板10は、基材12と、基材12上の全面に渡って配置された導電膜14とを備える。なお、後述するように、導電膜14の形状は図1の態様に限定されず、パターン状(例えば、ストライプ状、格子状)に配置されていてもよい。
導電膜14は、基材12上に配置される層で、導体部として機能する。
導電膜14は、上述したように金属粒子に由来する金属で構成される共に、F含有マイグレーション抑制剤が含有される。
上記F含有マイグレーション抑制剤は、図1中の表層領域14b内に偏在して存在する。より具体的には、導電膜14にはF含有マイグレーション抑制剤が含まれ、表層領域14bに含まれるF含有マイグレーション抑制剤の質量Yは、内部領域14aに含まれるF含有マイグレーション抑制剤の質量Xよりも大きい。つまり、質量Y>質量Xの関係(質量X/質量Yが1未満の関係)を満たす。上記関係を満たしていれば、導電膜14からのイオンマイグレーションが抑制されると共に、導電膜14の導電特性も優れる。なかでも、イオンマイグレーション抑制機能と導電特性とのバランスがより優れる点で、内部領域14aに含まれるF含有マイグレーション抑制剤の質量Xと、表層領域14bに含まれるF含有マイグレーション抑制剤の質量Yとの比(X/Y)は0.20以下がさらに好ましく、0.10以下がより好ましい。下限は特に制限されないが、0が最も好ましく、実用上は0.001以上であってもよい。
比(X/Y)の測定方法は特に制限されず、例えば、基材12表面に対して垂直な方向の導電膜14の垂直断面を電子顕微鏡(SEMまたはTEM)で観察して、内部領域14aに相当する領域と表層領域14bに相当する領域とに含まれる成分の元素分析を行い、F含有マイグレーション抑制剤由来の元素の量を比較して、比(X/Y)を求めることができる。
表層領域14bに含まれるF含有マイグレーション抑制剤の含有量は特に制限されないが、導電膜14の導電特性の観点から、マイグレーション抑制剤全質量に対して、50〜100質量%が好ましく、70〜100質量%がより好ましい。
図2は、配線基板の第2の実施態様の模式的断面図を示し、配線基板100は、基材12と、基材12上に配置された2つの細線状の導電膜114とを備える。図2に示すような、パターン状の導電膜の製造方法は特に制限されず、上述したインクジェット法により基材上の所定の位置に導電膜形成用組成物を吐出する方法が挙げられる。
導電膜114は、内部領域114aと内部領域114aの基材12と接していない表面を覆う表層領域114bとを有する。
導電膜114は、図1に示す配線基板10中の導電膜14に相当して同様の構成を有し、その形状のみが異なる。つまり、内部領域114aは図1に示す配線基板10中の内部領域14aに相当し、表層領域114bは図1に示す配線基板10中の表層領域14bに相当する。
より具体的には、導電膜114を構成する金属の種類の好適態様は、上述した第1の実施形態の場合と同じである。
また、表層領域114bの厚みT1は、上述した第1の実施形態の場合と同様に、導電膜114の全体厚みT2の1/10の厚みに相当する。
また、表層領域114bに含まれるF含有マイグレーション抑制剤の質量Yは、第1の実施形態の場合と同様に、内部領域114aに含まれるF含有マイグレーション抑制剤の質量Xより大きく、その好適態様も同じである。
さらに、導電膜114全体に含まれるF含有マイグレーション抑制剤の質量の好適範囲、および、表層領域114bに含まれるF含有マイグレーション抑制剤の質量の好適範囲は、上述した第1の実施形態の場合と同じである。
なお、図2においては、導電膜114は垂直断面が矩形状の層であるが、特にその形状は制限されず任意の形状であってもよい。
導電膜114の幅Wは、配線基板の高集積化の点から、0.1〜10000μmが好ましく、0.1〜300μmがより好ましく、0.1〜100μmがさらに好ましく、0.2〜50μmが特に好ましい。
導電膜114間の間隔Dは、配線基板の高集積化の点から、0.1〜1000μmが好ましく、0.1〜300μmがより好ましく、0.1〜100μmがさらに好ましく、0.2〜50μmが特に好ましい。
導電膜114の厚みT2は、配線基板の高集積化の点から、0.001〜100μmが好ましく、0.01〜30μmがより好ましく、0.01〜20μmがさらに好ましい。
また、配線基板は、電子機器に含まれることが好ましい。電子機器とは、タッチパネルもしくはメンブレンスイッチやそれらを搭載したテレビ・モバイル通信機器・パーソナルコンピューター・ゲーム機器・車載表示機器・ネット通信機器、照明・表示用LED、太陽電池制御に関する電子配線機器、RFIDなどの無線通信デバイス、あるいは半導体配線基板や有機TFT配線基板で駆動制御された機器類を指す。
例えば、図3に示すように、上述した配線基板100の導電膜114側上には、必要に応じて、さらに導電膜114を覆うように絶縁層20を設けて、絶縁層付き配線基板200を形成してもよい。絶縁層20を設けることにより、導電膜114間の絶縁特性がより向上する。
絶縁層20の材料としては、公知の絶縁性の材料を使用することができる。例えば、エポキシ樹脂、アラミド樹脂、結晶性ポリオレフィン樹脂、非晶性ポリオレフィン樹脂、フッ素含有樹脂(ポリテトラフルオロエチレン、全フッ素化ポリイミド、全フッ素化アモルファス樹脂など)、ポリイミド樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、アクリレート樹脂など挙げられる。
また、絶縁層20として、いわゆる光学用透明粘着シート(OCA)を使用してもよい。OCAは市販品を用いてもよく、例えば、3M(株)製8171CLシリーズ、8146シリーズなどが挙げられる。
また、絶縁層20として、いわゆるソルダーレジスト層を使用してもよい。ソルダーレジストは市販品を用いてもよく、例えば、太陽インキ製造(株)製PFR800、PSR4000(商品名)、日立化成工業(株)製 SR7200Gなどが挙げられる。
N,N−ジメチル−1,3−ジアミノプロパン(東京化成、特級)2.04g(20.0mmol)と、n−オクチルアミン(花王、純度98%)1.94g(15.0mmol)と、n−ドデシルアミン(関東化学、特級)0.93g(5.0mmol)とを混合し、この混合溶液にシュウ酸銀〔硝酸銀(関東化学、一級)とシュウ酸アンモニウム一水和物またはシュウ酸二水和物(関東化学、特級)から合成したもの〕6.08g(20.0mmol)を加え、3分間撹拌し、シュウ酸イオン・アルキルアミン・アルキルジアミン・銀錯化合物を調製した。これを95℃で20〜30分加熱撹拌すると、二酸化炭素の発泡を伴う反応が完結し、青色光沢を呈する懸濁液へと変化した。これにメタノール(関東化学、一級)10mLを加え、遠心分離により得られた沈殿物を自然乾燥すると、青色光沢の被覆銀超微粒子の固体物4.62g(銀基準収率97.0%)が得られた。この固体物をn−ブタノール(関東化学、特級)とn−オクタン(関東化学、特級)の混合溶媒(4/1:v/v)に6.93gに分散し、F含有マイグレーション抑制剤を含まない導電膜形成用組成物A−1を得た。
F含有マイグレーション抑制剤を含まない導電膜形成用組成物A−2として、ポリマー型導電性ペーストLS−450−7H(アサヒ化学研究所製)を用いた。
F含有マイグレーション抑制剤を含まない導電膜形成用組成物A−3として、フローメタルSW−1020(バンドー化学製)を用いた。
比較例1で得られた導電膜形成用組成物A−1(11.55g)に対し、IRGANOX1135(BASF製)(0.12g)を添加して、攪拌し、導電膜形成用組成物B−9を得た。
なお、導電膜形成用組成物B−9には、F含有マイグレーション抑制剤は含まれない。
比較例2の導電膜形成用組成物A−2(10g)に対し、ベンゾトリアゾール(0.12g)を添加して、攪拌し、導電膜形成用組成物B−10を得た。
なお、導電膜形成用組成物B−10には、F含有マイグレーション抑制剤は含まれない。
反応容器に、3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオン酸(3.5g,12.6mmol)、ジクロロメタン(20ml)、2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,10−ノナデカフルオロデカン−1−オール(6.3g,12.6mmol)、テトラヒドロフラン(10ml)、1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド塩酸塩(2.4g,12.6mmol)、4−ジメチルアミノピリジン(0.05g,0.4mmol)をこの順に加えた。
反応溶液を室温で3時間攪拌した後、反応溶液に1N塩酸(50ml)を加え、酢酸エチル100mlで抽出した。有機層を飽和食塩水で洗浄し、有機層を硫酸マグネシウムで乾燥した。固形分をろ別した後、減圧濃縮し、白色の粗結晶を得た。メタノールで再結晶を行い、化合物M−1を6.0g得た(収率63%)。
得られた化合物M−1の1H−NMRスペクトルは以下の通りである。
1H−NMR(溶媒:重クロロホルム、基準:テトラメチルシラン)
6.98(2H,s)、5.09(1H,s)、4.59(2H,t)、2.90(2H,t)、2.71(2H,t)、1.43(9H,s)
1H−NMRのデータにおいて、各プロトンのピークが特徴的な位置に観察されることから、化合物M−1であると同定した。
反応容器に、1,3,4−チアジアゾール−2,5−ジチオール(和光純薬製)(4.0g,26.6mmol)、テトラヒドロフラン(80ml)を加えて完溶させた。その後、アクリル酸3,3,4,4,5,5,6,6,7,8,8,8−ドデカフルオロ−7−(トリフルオロメチル)オクチル(12.5g,26.6mmol)を、滴下漏斗から0.5時間かけて反応溶液に滴下した。反応溶液を65℃で6時間攪拌後、室温まで冷却し、反応溶液を減圧濃縮した。反応溶液にヘキサン200mLを添加し、氷浴にて冷却して、粗結晶16gを得た。粗結晶のうち8gをシリカゲルカラムクロマトグラフィー(移動相:ヘキサン/酢酸エチル=2/1〜1/1)にて精製し、本発明の化合物M−2を6g得た(収率72%)。
得られた化合物M−2の1H−NMRスペクトルは以下の通りである。
1H−NMR(溶媒:重クロロホルム、基準:テトラメチルシラン)
11.1(1H,br)、4.44(2H,t)、3.40(2H,t)、2.85(2H,t)、2.49(2H,t)、2.49(2H,m)
1H−NMRのデータにおいて、各プロトンのピークが特徴的な位置に観察されることから、化合物M−2であると同定した。
反応容器に、1H−ベンゾトリアゾール−5−カルボン酸(1.5g,9.19mmol)、テトラヒドロフラン(27ml)、ジメチルホルムアミド(3ml)、3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8−トリデカフルオロ−1−オクタノール(3.35g,9.19mmol)、1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド塩酸塩(1.76g,9.19mmol)、4−ジメチルアミノピリジン(0.11g,0.91mmol)をこの順に加えた。70℃で24時間攪拌した後、水50mlを加え、酢酸エチル100mlで抽出した。有機層を飽和食塩水で洗浄し、有機層を硫酸マグネシウムで乾燥した。固形分をろ別した後、溶液を減圧濃縮した。シリカゲルカラムクロマトグラフィー(移動相:ヘキサン/酢酸エチル=2/1)にて精製し、化合物M−3を3.1g得た(収率66%)。
下記スキームに従って、化合物M−4Aを合成した。
得られた本発明の化合物M−4のNMRスペクトルは以下の通りであった。
1H−NMR(溶媒:重クロロホルム、基準:テトラメチルシラン):4.43(2H,t)、3.60(2H,t)、2.95(2H,t)、2.49(2H,m)
1H−NMRのデータにおいて、各プロトンのピークが特徴的な位置に観察されることから、化合物M−4であると同定した。
300mLの三口フラスコに、4−メチル−2−ペンタノン(和光純薬工業(株)製)27.3gを入れ、窒素気流下、80℃まで加熱した。そこへ、アクリル酸3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8−トリデカフルオロ−オクチル37.6g、グリシジルメタクリレート(東京化成工業(株)製)1.42g、V−601(和光純薬工業(株)製)0.92g、4−メチル−2−ペンタノン(和光純薬工業(株)製)63.8g溶液を、4時間かけて滴下した。滴下終了後、2時間撹拌後、90℃に昇温し、さらに2時間攪拌した。上記の反応溶液に、3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオン酸3.34g、ジメチルドデシルアミン(和光純薬工業(株)製)0.21gを加え、120℃に加熱し24時間反応させた。反応終了後、ヘキサン500ml、酢酸エチル500mlを加え、有機層を5%クエン酸水溶液300mlで洗浄後、5%アンモニア水溶液300mlで洗浄した。さらに5%クエン酸水溶液300mlで洗浄後、水300mlで洗浄した。有機層を減圧濃縮後、ヘキサンで再沈を行い、減圧化で乾燥し、化合物M−5(Mw=7,000)を30g得た。なお、重量平均分子量は、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)法で測定されたポリスチレン換算値である。重量平均分子量のGPC法による測定は、ポリマーをテトラヒドロフランに溶解させ、東ソー(株)製高速GPC(HLC−8220GPC)を用い、カラムとして、TSKgel SuperHZ4000(TOSOH製、4.6mmI.D.×15cm)を用い、溶離液としてTHF(テトラヒドロフラン)を用いて行った。
化合物M−5は、一般式(24)で表される基と一般式(25)で表される基とを有する化合物に該当する。
300mLの三口フラスコに、1−メトキシ−2−プロパノール(和光純薬工業(株)製)14.3gを入れ、窒素気流下、80℃まで加熱した。そこへ、アクリル酸3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8−トリデカフルオロ−オクチル4.81g、グリシジルメタクリレート(東京化成工業(株)製)1.56g、ブレンマーAE−400(日本油脂社製)14.09g、V−601(和光純薬工業(株)製)0.46g、1−メトキシ−2−プロパノール(和光純薬工業(株)製)33.4g溶液を、4時間かけて滴下した。滴下終了後、2時間撹拌後、90℃に昇温し、さらに2時間攪拌した。上記の反応溶液に、3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオン酸3.67g、ジメチルドデシルアミン(和光純薬工業(株)製)0.23g、を加え、120℃に加熱し24時間反応させた。反応終了後、減圧濃縮後し水200gで希釈した。反応液をフィルターろ過した後、60℃に加熱し、分離したポリマー溶液を取り出し、化合物M−6(Mw=8,000)の35w%水溶液45g得た。
重量平均分子量は、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)法で測定されたポリスチレン換算値である。重量平均分子量のGPC法による測定は、ポリマーをテトラヒドロフランに溶解させ、東ソー(株)製高速GPC(HLC−8220GPC)を用い、カラムとして、TSKgel SuperHZ4000(TOSOH製、4.6mmI.D.×15cm)を用い、溶離液としてTHF(テトラヒドロフラン)を用いて行った。
化合物M−6は、一般式(24)で表される基と、一般式(25)で表される基と、一般式(28)で表される基とを有する化合物に該当する。
比較例1で得られた導電膜形成用組成物A−1(11.55g)に対し、合成例1で得られた化合物M−1(0.12g)を添加して、攪拌し、F含有マイグレーション抑制剤を含有する導電膜形成用組成物B−1を得た。
比較例1で得られた導電膜形成用組成物A−1(11.55g)に対し、合成例2で得られた化合物M−2(0.12g)を添加して、攪拌し、F含有マイグレーション抑制剤を含有する導電膜形成用組成物B−2を得た。
比較例1で得られた導電膜形成用組成物A−1(11.55g)に対し、合成例3で得られた化合物M−3(0.12g)を添加して、攪拌し、F含有マイグレーション抑制剤を含有する導電膜形成用組成物B−3を得た。
比較例1で得られた導電膜形成用組成物A−1(11.55g)に対し、合成例4で得られた化合物M−4(0.12g)を添加して、攪拌し、F含有マイグレーション抑制剤を含有する導電膜形成用組成物B−4を得た。
比較例1で得られた導電膜形成用組成物A−1(11.55g)に対し、合成例5で得られた化合物M−5(高分子型)(0.12g)を添加して、攪拌し、F含有マイグレーション抑制剤を含有する導電膜形成用組成物B−5を得た。
比較例2の導電膜形成用組成物A−2(10g)に対し、合成例1で得られた化合物M−1(0.12g)を添加して、攪拌し、F含有マイグレーション抑制剤を含有する導電膜形成用組成物B−6を得た。
比較例2の導電膜形成用組成物A−2(10g)に対し、合成例3で得られた化合物M−3(0.12g)を添加して、攪拌し、F含有マイグレーション抑制剤を含有する導電膜形成用組成物B−7を得た。
比較例3の導電膜形成用組成物A−3(10g)に対し、合成例6で得られた化合物M−6(0.12g)を添加して、攪拌し、F含有マイグレーション抑制剤を含有する導電膜形成用組成物B−8を得た。
マテリアルプリンターDMP−2831(FUJIFILM Dimatix社製)を用い、吐出量:10pL、吐出間隔:50μmの条件で、ガラス基板上へ導電膜形成用組成物をL/S=75/75μmの櫛形状に描画を行い、これを2層分重ねて描画を行った。その後、オーブンで230℃、1時間ベークを行い、試験用配線基板を作製した。本方法は、表1の「配線形成方法」欄において「IJ」と表記する。
DP―320型スクリーン印刷機(ニューロング精密工業株式会社製)を用いて、ガラス基板上へ導電膜形成用組成物をL/S=75/75μmの櫛形状に印刷を行い(300メッシュスクリーンを使用)、その後、オーブンで230℃、1時間ベークを行い、試験用配線基板を作製した。本方法は、表1の「配線形成方法」欄において「スクリーン」と表記する。
作製した試験用配線基板をエポキシ樹脂で包埋し、研磨による断面出しを行った後、S−3000N(HITACHI社製SEM)を用いて断面を観察、導電膜の厚みの測定を行った。結果を表1にまとめて示す。
なお、各試験用配線基板中の導電膜の露出表面から導電膜の全体厚みの1/10に相当する深さ位置までの領域を表層領域として、残りの部分を内部領域とした。
前述のSEM写真と、INCA PentaFETx3(OXFORD社製EDX)を用い、F含有マイグレーション抑制剤の存在部の検出を行い、内部領域と表層領域における検出強度、面積比より質量Xと質量Yの比(X/Y)を求めた。結果を表1にまとめて示す。
得られた試験用配線基板の導電性評価を抵抗率計ロレスタEP MCP−T360(三菱化学アナリテック社製)を用いて行った。
評価方法として、作製した試験用配線基板の抵抗測定値をR1、F含有マイグレーション抑制剤を含まない導電膜形成用組成物のみで作製した比較用配線基板の抵抗測定値をR2とし、その変化割合R1/R2を計算した。以下の基準に従って、評価した。結果を表1にまとめて示す。尚、実用上はC以上が使用可能であり、B以上が好ましい。
「A」:R1/R2≦1.1の場合
「B」:1.1<R1/R2≦1.25の場合
「C」:1.25<R1/R2≦2.0の場合
「D」:2.0<R1/R2の場合
なお、実施例1〜5並びに比較例1および4では、導電膜形成用組成物A−1を用いて上記インクジェットにて作製した比較用配線基板を用いて、上記評価を行った。
また、実施例6〜7並びに比較例2および5では、導電膜形成用組成物A−2を用いて上記スクリーン印刷にて作製した比較用配線基板を用いて、上記評価を行った。
また、実施例8および比較例3では、導電膜形成用組成物A−3を用いて上記インクジェットにて作製した比較用配線基板を用いて、上記評価を行った。
得られた試験用配線基板を用いて、湿度85%、温度85度、圧力1.0atm、電圧80Vの条件で寿命測定(使用装置:エスペック(株)社製、EHS−221MD)を行った。
評価方法としては、まず、作製した試験用配線基板上に高透明性接着剤転写テープ8146−2(3M社製)貼り合せて、逆側にガラス基板を張り合わせて作製された絶縁信頼性試験用基板を用いて上記条件で寿命測定を行い、配線層間の抵抗値が1×105Ωになるまでの時間T1を測定した。
次に、F含有マイグレーション抑制剤を含まない導電膜形成用組成物のみで作製した比較用配線基を用いて同様の方法で絶縁信頼性試験用基板を作製し、上記条件で寿命測定を行い、配線層間の抵抗値が1×105Ωになるまでの時間T2を測定した。
得られた時間T1および時間T2を用いて寿命の改善効果(T1/T2)を計算した。以下の基準に従って、評価した。結果を表1にまとめて示す。尚、実用上はC以上が使用可能であり、B以上が好ましい。
「A」:T1/T2≧5の場合
「B」:5>T1/T2≧2の場合
「C」:2>T1/T2>1の場合
「D」:1≧T1/T2の場合
なお、実施例1〜5並びに比較例1および4では、導電膜形成用組成物A−1を用いて上記インクジェットにて作製した比較用配線基板を用いて、上記評価を行った。
また、実施例6〜7並びに比較例2および5では、導電膜形成用組成物A−2を用いて上記スクリーン印刷にて作製した比較用配線基板を用いて、上記評価を行った。
また、実施例8および比較例3では、導電膜形成用組成物A−3を用いて上記インクジェットにて作製した比較用配線基板を用いて、上記評価を行った。
一方、F含有マイグレーション抑制剤を含まない比較例1〜5においては、導電性、または、絶縁信頼性(イオンマイグレーション抑制能)に劣っていた。例えば、マイグレーション抑制剤が含まれない比較例1〜3においては、導電特性は優れるが、絶縁信頼性(イオンマイグレーション抑制能)が劣っていた。また、フッ素原子を含有しないマイグレーション抑制剤を含む比較例4〜5においては、絶縁信頼性(イオンマイグレーション抑制能)は優れるものの、マイグレーション抑制剤の偏在化が起こらないため導電特性に劣っていた。
12 基材
14,34,114 導電膜
14a,114a 内部領域
14b,114b 表層領域
16 上面部分
18 側面部分
20 絶縁層
200 絶縁層付き配線基板
Claims (4)
- フッ素原子を含有するマイグレーション抑制剤と、金属粒子とを少なくとも含有し、
前記マイグレーション抑制剤が、一般式(1)〜一般式(5)で表される化合物、一般式(22)で表される化合物、一般式(23)で表される化合物、および、一般式(24)で表される基と一般式(25)で表される基とを有する化合物からなる群から選ばれる少なくとも一つを含む、導電膜形成用組成物。
P−(CR1=Y)n−Q 一般式(1)
(一般式(1)中、PおよびQは、それぞれ独立に、OH、NR2R3またはCHR4R5を表す。R2およびR3は、それぞれ独立に、水素原子または窒素原子に置換可能な基を表す。R4およびR5は、それぞれ独立に、水素原子または置換基を表す。Yは、CR6または窒素原子を表す。R1およびR6は、それぞれ独立に、水素原子または置換基を表す。
R1、R2、R3、R4、R5、またはR6で表される基は、そのうちの少なくとも二つの基が互いに結合して環を形成していてもよい。nは0〜5の整数を表す。ただし、nが0であるとき、PおよびQの両方がCHR4R5であることはなく、PおよびQの両方がOHであることもない。nが2以上の数を表すとき、(CR1=Y)で表される複数の原子群は、同一であっても異なっていてもよい。
なお、R1〜R6の少なくとも一つの基中には、フッ素原子が含まれる。)
R7−C(=O)−H 一般式(2)
(一般式(2)中、R7は、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、複素環基、または、これらの基を組み合わせた基を表す。なお、R7で表される基中の一部または全部の水素原子は、フッ素原子で置換されている。また、R7で表される基中には、ヒドロキシル基、または、−COO−で表される基が含まれていてもよい。)
Z−SH 一般式(5)
(一般式(5)中、Zは、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、複素環基、または、これらの基を組み合わせた基を表す。なお、Zで表される基中の一部または全部の水素原子は、フッ素原子で置換されている。また、Zで表される基には、置換基が含まれていてもよい。)
ただし、Y1およびZ1がいずれも単結合以外の場合、L2はフッ素原子で置換されていてもよい炭素数1〜6のアルキレン基を表す。)
一般式(25)中、Xは、水素原子、フッ素原子、またはトリフルオロメチル基を表す。Rfは、エーテル性酸素原子を有していてもよい水素原子の少なくとも1つがフッ素原子に置換された炭素原子数20以下のフルオロアルキル基、またはフッ素原子を表す。*は、結合位置を示す。) - 前記金属粒子に含まれる金属原子が、金、銀、銅、およびアルミニウムからなる群から選択される請求項1に記載の導電膜形成用組成物。
- 請求項1または2に記載の導電膜形成用組成物から形成される導電膜。
- 請求項3に記載の導電膜を備える配線基板。
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