JP6870258B2 - 導電性接着剤および導電性材料 - Google Patents
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Description
特許文献2は、導電性粉末、熱硬化性シリコーン樹脂、および溶媒を含む導電性接着剤を開示している。バインダとして、シリコーン樹脂が使用されている。この導電性接着剤は導電性が低い。
本発明に係る実施形態は、前記導電性接着剤を焼成する工程を含む、導電性材料の製造方法に関する。
本発明に係る実施形態において、導電性接着剤は、
(A)ポリエーテル重合体、および
(B)銀粒子
を含む。
これにより、良好な柔軟性を有しながら高い導電性を持つ導電性接着剤を提供することができる。また、この導電性接着剤は、酸素透過性が高く、また加熱時に酸素による分解が起こりやすいという2つの特徴を併せ持ち、加熱時の酸素による銀粒子の表面活性化と、銀粒子同士の接触点の増加が発生し、銀粒子が低温で焼結しやすい。
導電性接着剤は、さらに、
(C)縮合触媒、
(D)酸化防止剤、および
(E)他の成分
から選択された少なくとも1種を含んでよい。
ポリエーテル重合体は、式:−R1−O−[式中、R1は炭素数1〜10の炭化水素基である。]で示される繰り返し単位を有する主鎖および加水分解性シリル基である末端基を有する。
ポリエーテル重合体の主鎖は、式:−R1−O−[式中、R1は炭素数1〜10の炭化水素基である。]で示される繰り返し単位を有する。
加水分解性シリル基は、式:
−Si(-X1)n(-X2)3-n
[式中、X1は加水分解性基、X2は炭素数1〜12の炭化水素基、nは1、2または3である。]
で示される基であることが好ましい。
X2は炭素数1〜12の炭化水素基である。X2はアルキル基であることが好ましい。X2の炭素数は1〜4であることが好ましい。X2の具体例としてはメチル基、エチル基、イソプロピル基が挙げられる。
末端基は、加水分解性シリル基である末端基のみからなっていてもよいが、他の末端基を有していてもよい。他の末端基の例は、水素原子、ヒドロキシル基、アルキル基(炭素数が例えば1〜6)(例えば、メチル基およびエチル基)、アルコキシ基(炭素数が例えば1〜6)(例えば、メトキシ基およびエトキシ基)、アリル基、アリルオキシ基などである。末端基における加水分解性シリル基の量は、全ての末端基の数に対して少なくとも30%、例えば40〜100%、特に40〜75%であってよい。
加水分解性シリル基は、主鎖中に存在してもよいが、重合体の末端のみに存在することが好ましい。
ポリエーテル重合体の量は、銀粒子(B)100重量部に対して、1〜30重量部、例えば2〜25重量部、特に5〜20重量部、特別に7〜18重量部であってよい。
ポリエーテル重合体は、液体である。重合体は、硬化して、非流動体(固体)になる。
導電性接着剤は、銀粒子を含有する。
低温で焼結しやすいので、銀粒子は、湿式還元法で製造されていることが好ましい。
(C)縮合触媒、
(D)酸化防止剤、
(E)他の添加剤、例えば、有機溶剤、シランカップリング剤、可塑剤、紫外線吸収剤等を含有しても良い。
縮合触媒として、例えば、シラノール縮合触媒を用いることができる。シラノール縮合触媒は、シラノール基とこれと縮合可能な基との縮合反応に適用できる化合物であれば特に制限されない。例えば従来公知のものが挙げられる。なかでも、より高い硬度を発現させることができ、硬化性(具体的には短時間で高い硬度を発現させ経時的な硬度変化が少ない。)、熱安定性、作業性に優れ、透明性が高く、粘度を低くすることができるという観点から、シラノール縮合触媒は、錫化合物、亜鉛化合物及びジルコニウム化合物から選ばれる1種以上の触媒であることが好ましく、錫化合物及び亜鉛化合物の一方または両方であることがより好ましい。
錫化合物としては、例えば、下記式で表される化合物が挙げられる。
(R11)aSn(-O-CO-R12)4-a
[式中、R11は炭素数1〜30のアルキル基、R12は炭素数1〜30の炭化水素基であり、aは1〜3の整数である。]
R11の炭素数は1〜20、例えば1〜10であることが好ましい。R11の具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、オクチル基が挙げられる。
R12の炭素数は1〜20であってよい。R12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、これらの組み合わせであってよい。炭化水素基は直鎖状、分岐状、環状またはこれらの組み合わせであってよい。炭化水素基は不飽和結合を有することができる。炭化水素基は例えば、酸素原子、窒素原子、硫黄原子のようなヘテロ原子を有していてもよい。
錫化合物はより高硬度で、硬化性に優れ、より透明性が高いという観点から、なかでも、ジブチルスズジアセテート、ジブチルスズジオレエート、ジブチルスズジラウレート、ジブチルスズジオクテートが好ましい。
O=Zr2+(-O-C(=O)-R21)2
[式中、R21は炭素原子数1〜18の炭化水素基である。]
で示される化合物である。
(R31-C(=O)-O-)mZr(-OR32)4-m
[式中、R31は同一または異なる、炭素原子数1〜16の炭化水素基であり、R32は同一または異なる、炭素原子数1〜18の炭化水素基であり、mは1〜3の整数である。]
で示される化合物である。
R31で表される炭化水素基としては、例えば、脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基、これらの組み合わせが挙げられる。炭化水素基は直鎖状でも分岐していてもよい。炭化水素基は不飽和結合を有することができる。炭化水素基は例えば、酸素原子、窒素原子、硫黄原子のようなヘテロ原子を有することができる。
R31で表される炭化水素基は硬化性により優れるという観点から環状構造を有するのが好ましい。環状構造としては、例えば、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基、これらの組み合わせが挙げられる。R31は環状構造のほかに例えば脂肪族炭化水素基を有することができる。
芳香族炭化水素基としては例えば、フェニル基、ナフチル基、アズレンが挙げられる。
脂肪族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、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、2−エチルヘキシル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基が挙げられる。
R32で表される炭化水素基としては、例えば、脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基、これらの組み合わせが挙げられる。炭化水素基は直鎖状でも分岐していてもよい。炭化水素基は不飽和結合を有することができる。炭化水素基は例えば、酸素原子、窒素原子、硫黄原子のようなヘテロ原子を有することができる。熱安定性に優れ、相溶性に優れるという観点から、R32で表される炭化水素基は脂肪族炭化水素基であるのが好ましい。
また、ジルコニウム化合物としては、例えば、オルガノオキシジルコニウム化合物と他の金属触媒(例えばカルボン酸亜鉛塩)との反応生成物が挙げられる。
ジルコニウム化合物はその製造について特に制限されない。例えば、従来公知のものが挙げられる。
縮合触媒が錫化合物及び亜鉛化合物を少なくとも含む場合、錫化合物及び亜鉛化合物の量比は、より高い硬度となり、硬化性に優れ、より透明性が高いという観点から、亜鉛化合物の量が、錫化合物100重量部に対して、5〜50重量部であるのが好ましく、5〜30重量部であるのがより好ましい。
複数の縮合触媒を併用する場合、これらをそれぞれ別個に用いて接着剤に含有させることができる。また、複数の縮合触媒を予め加熱して反応させたものを用いることができる。
添加剤の量は、ポリエーテル重合体(A)100重量部に対して、0〜20重量部、例えば0.1〜10重量部であってよい。
導電性接着剤は、酸化防止剤を含有してもよい。酸化防止剤は、導電性接着剤の酸化を防止して、耐候性を改善するために使用されるものであり、例えば、ヒンダードアミン系やヒンダードフェノール系の酸化防止剤等が挙げられる。
他の添加剤の例は、有機溶剤、シランカップリング剤、可塑剤、紫外線吸収剤である。
他の添加剤の量は、ポリエーテル重合体(A)100重量部に対して、0〜15重量部、例えば0.1〜5重量部であってよい。
[(E1)有機溶剤]
酸化防止剤(D)が固体である場合、分散性を上げるために、ポリエーテル重合体と混合する前に、酸化防止剤(D)を有機溶剤に溶解してポリエーテル重合体に添加しても良い。有機溶剤としては、例えば、芳香族炭化水素(例えば、トルエン)およびアルコール(例えば、メチルアルコール)が挙げられる。
導電性接着剤は接着付与剤としてシランカップリング剤を含んでも良い。シランカップリング剤としては、例えばアミノエチルアミノプロピルトリメトキシシラン、アミノエチルアミノプロピルメチルジメトキシシラン、アミノエチルアミノプロピルメチルメトキシシランなどのアミノシラン類、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランなどのエポキシシラン類、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランなどのアクリルシラン類、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシランなどのメルカプトシラン類、γ−イソシアネートプロピルトリメトキシシランなどのイソシアネートシラン類などが挙げられる。上記シランカップリング剤は単独で用いても良く、2種以上併用しても良い。
導電性接着剤は、重合体(A)、銀粒子(B)、および必要により他の成分を混合することによって製造できる。混合は、0〜50℃、例えば室温(25℃)で行うことができる。導電性接着剤の製造において、脱泡を行う事が好ましい。脱泡により、硬化後に気泡が入る事による強度の低下を防ぐ事ができる。
本開示の実施形態の1つは、導電性接着剤を硬化する工程(焼成工程)を含む導電性材料の製造方法である。導電性材料が、導電性接着剤を焼成する工程を含む方法によって製造できる。
導電性材料は、導電性接着剤を硬化(焼成)して得られる硬化物である。導電性材料は、導電性接着剤の硬化物である。前記導電性材料の金属粒子は焼結している事が好ましい。導電性材料は、金属粒子が焼結している場合に特に、電気抵抗が低いという利点を有する。
導電性材料は、一般に、基材に結合している。基材の例は、樹脂、プラスチック、セラミック、ガラス、金属、布、紙である。導電性材料は、2つの基材を結合してよく、あるいは1つの基材の上に存在してよい。
導電性材料は、良好な導電性を有する配線として使用できる。導電性材料は、柔軟性が要求される電子部品、例えば、バックライトなどの発光デバイスにおいて使用できる。
以下の実施例および比較例において、次のようにして測定を行った。
得られた導電性接着剤を、ガラス基板(厚み1mm)にスクリ−ン印刷法により厚み100μmに塗布した。導電性接着剤が塗布されたガラス基板を、表1および表2に指定した温度で、大気雰囲気下で60分加熱した。得られた配線(導電性材料)を製品名「MCP−T600」(三菱化学株式会社製)を用い四探針法にて抵抗率を温度25℃で測定した。
得られた導電性接着剤を、フッ素樹脂加工した金型を用いて厚み1mmの板状に硬化した。得られた板(導電性材料)の弾性率を、セイコーインスツルメンツ株式会社製粘弾性測定装置「DMS6100」を用いて測定した。測定条件は、測定長さ20mm、測定幅10mm、測定温度30℃、測定周波数10Hz、測定時張力ゲイン1.0を用いた。
ポリエーテル重合体(A)として、主鎖の繰り返し単位-CH(CH3)-CH2-O-および末端基−Si(-CH3)(-OCH3)2を有する重合体(粘度6Pa・s)SAX350(カネカ製MSポリマー、ポリプロピレンオキサイド)(1.59g、100重量部)と、銀粒子(B)としてフレーク状銀粒子(福田金属箔粉工業株式会社製、製品名「AgC−239」、フレーク状、平均粒径が2.7μm、比表面積が0.7m2/g、粒径0.3μm未満の粒子の含有量は1重量%、粒径0.5μm以下の粒子の含有量は3重量%)(9.00g、566重量部)を、ミキサーにて1分間攪拌、次いで15秒間脱泡のレシピを用いて攪拌し、導電性接着剤を得た(銀粒子の含有量は、85.0重量%)。
縮合触媒(C)として、ジブチルスズジオクテートをポリエーテル重合体(A)100重量部に対して2重量部(0.03g)追加して加えた以外は、実施例1と同様に行い、導電性接着剤を得た(銀粒子の含有量は、84.7重量%)。
シランカップリング剤として、3-アミノプロピルトリメトキシシラン(KBM−903、信越化学製)をポリエーテル重合体(A)100重量部に対して2重量部(0.03g)追加で加えた以外は、実施例2と同様に行い、導電性接着剤を得た(銀粒子の含有量は、84.5重量%)。
酸化防止剤(D)として、ヒンダードフェノール系酸化防止剤(AO−60、アデカ製)(4.00g)と、有機溶剤として、トルエン(7.50g)を混合し、事前に溶解した溶液を、ポリエーテル重合体(A)100重量部に対して各4重量部と7.5重量部(溶液として0.18g)追加で加えた以外は、実施例3と同様に行い、導電性接着剤を得た(銀粒子の含有量は、83.1重量%)。
ポリエーテル重合体(A)として主鎖の繰り返し単位-CH(CH3)-CH2-O-および末端基−Si(-CH3)(-OCH3)2を有する重合体(粘度0.6Pa・s)SAT010(カネカ製MSポリマー、ポリプロピレンオキサイド)(1.00g、100重量部)用いた以外は、実施例1と同様に行い、導電性接着剤を得た(銀粒子の含有量は、90.0重量%)。
縮合触媒(C)として、ジブチルスズジオクテートをポリエーテル重合体(A)100重量部に対して2重量部(0.02g)追加で加えた以外は、実施例5と同様に行い、導電性接着剤を得た(銀粒子の含有量は、89.8重量%)。
シランカップリング剤として、3-アミノプロピルトリメトキシシラン(KBM−903、信越化学製)をポリエーテル重合体(A)100重量部に対して2重量部(0.02g)追加で加えた以外は、実施例6と同様に行い、導電性接着剤を得た(銀粒子の含有量は、89.6重量%)。
酸化防止剤(D)として、ヒンダードフェノール系酸化防止剤(AO−60、アデカ製)(4.00g)と、有機溶剤として、トルエン(7.50g)を混合し、事前に溶解した溶液を、ポリエーテル重合体(A)100重量部に対して各4重量部と7.5重量部(溶液として0.12g)追加で加えた以外は、実施例7と同様に行い、導電性接着剤を得た(銀粒子の含有量は、88.6重量%)。
SAX350に代えて、主鎖の繰り返し単位-CH(COOR)-CH2-および末端基−Si(-CH3)(-OCH3)2を有する重合体(粘度210Pa・s)SA100S(カネカ製XMAP、ポリアクリレート)(2.25g)用い、縮合触媒(C)として、ジブチルスズジオクテートをポリエーテル重合体(A)100重量部に対して2重量部(0.05g)追加で加え、シランカップリング剤として、KBM−903(信越化学製)をポリエーテル重合体(A)100重量部に対して2重量部(0.05g)追加で加え、酸化防止剤(D)として、AO−60(アデカ製、4.00g)と、有機溶剤として、トルエン(7.50g)を混合し、事前に溶解した溶液を、ポリエーテル重合体(A)100重量部に対して各4重量部と7.5重量部(溶液として0.26g)追加で加えた以外は、実施例1と同様に行い、導電性接着剤を得た(銀粒子の含有量は、77.5重量%)。
SAX350に代えて、縮合型シリコーン樹脂TLG−E001(住友化学製)(1.59g)用い、縮合触媒(C)として、TLG−X1(住友化学製)をポリエーテル重合体(A)100重量部に対して2重量部(0.03g)追加で加えた以外は、実施例1と同様に行い、導電性接着剤を得た(銀粒子の含有量は、84.7重量%)。
SAX350に代えて、縮合型シリコーン樹脂TLG−E001(住友化学製)(1.59g)用い、縮合触媒(C)として、TLG−X1(住友化学製)をポリエーテル重合体(A)100重量部に対して3重量部(0.05g)追加で加えた以外は、実施例1と同様に行い、導電性接着剤を得た(銀粒子の含有量は、84.6重量%)。
銀粒子(B)としてフレーク状銀粒子(福田金属箔粉工業株式会社製、製品名「AgC−239」、フレーク状、平均粒径が2.7μm、比表面積が0.7m2/g、粒径0.3μm未満の粒子の含有量は1重量%、粒径0.5μm以下の粒子の含有量は3重量%、9.19g)と、溶剤として、2−エチル−1,3−ヘキサンジオール(0.57g)とジエチレングリコールモノブチルエーテル(0.14g)と界面活性剤ビューライトLCA−H(三洋化成製、0.09g)を、ミキサーにて1分間攪拌、次いで15秒間脱泡のレシピを用いて攪拌し、導電性接着剤を得た(銀粒子の含有量は、91.9重量%)。
酸化防止剤(D)として、ヒンダードフェノール系酸化防止剤(AO−60、アデカ製)(4.00g)と、有機溶剤として、トルエン(7.50g)を混合し、事前に溶解した溶液を、ポリエーテル重合体(A)100重量部に対して各0.5重量部と0.9重量部(溶液として0.02g)追加で加えた以外は、実施例3と同様に行い、導電性接着剤を得た(銀粒子の含有量は、84.33重量%)。
酸化防止剤(D)として、ヒンダードフェノール系酸化防止剤(AO−60、アデカ製)(4.00g)と、有機溶剤として、トルエン(7.50g)を混合し、事前に溶解した溶液を、ポリエーテル重合体(A)100重量部に対して各1重量部と1.9重量部(溶液として0.05g)追加で加えた以外は、実施例3と同様に行い、導電性接着剤を得た(銀粒子の含有量は、84.15重量%)。
酸化防止剤(D)として、ヒンダードフェノール系酸化防止剤(AO−60、アデカ製)(4.00g)と、有機溶剤として、トルエン(7.50g)を混合し、事前に溶解した溶液を、ポリエーテル重合体(A)100重量部に対して各2重量部と3.8重量部(溶液として0.09g)追加で加えた以外は、実施例3と同様に行い、導電性接着剤を得た(銀粒子の含有量は、83.79重量%)。
酸化防止剤(D)として、ヒンダードフェノール系酸化防止剤(AO−60、アデカ製)(4.00g)と、有機溶剤として、トルエン(7.50g)を混合し、事前に溶解した溶液を、ポリエーテル重合体(A)100重量部に対して各3重量部と5.6重量部(溶液として0.14g)追加で加えた以外は、実施例3と同様に行い、導電性接着剤を得た(銀粒子の含有量は、83.43重量%)。
酸化防止剤(D)として、ヒンダードフェノール系酸化防止剤(AO−60、アデカ製)(4.00g)と、有機溶剤として、トルエン(7.50g)を混合し、事前に溶解した溶液を、ポリエーテル重合体(A)100重量部に対して各0.5重量部と0.9重量部(溶液として0.01g)追加で加えた以外は、実施例7と同様に行い、導電性接着剤を得た(銀粒子の含有量は、89.51重量%)。
酸化防止剤(D)として、ヒンダードフェノール系酸化防止剤(AO−60、アデカ製)(4.00g)と、有機溶剤として、トルエン(7.50g)を混合し、事前に溶解した溶液を、ポリエーテル重合体(A)100重量部に対して各1重量部と1.9重量部(溶液として0.03g)追加で加えた以外は、実施例7と同様に行い、導電性接着剤を得た(銀粒子の含有量は、89.39重量%)。
酸化防止剤(D)として、ヒンダードフェノール系酸化防止剤(AO−60、アデカ製)(4.00g)と、有機溶剤として、トルエン(7.50g)を混合し、事前に溶解した溶液を、ポリエーテル重合体(A)100重量部に対して各2重量部と3.8重量部(溶液として0.06g)追加で加えた以外は、実施例7と同様に行い、導電性接着剤を得た(銀粒子の含有量は、89.13重量%)。
酸化防止剤(D)として、ヒンダードフェノール系酸化防止剤(AO−60、アデカ製)(4.00g)と、有機溶剤として、トルエン(7.50g)を混合し、事前に溶解した溶液を、ポリエーテル重合体(A)100重量部に対して各3重量部と5.6重量部(溶液として0.09g)追加で加えた以外は、実施例7と同様に行い、導電性接着剤を得た(銀粒子の含有量は、88.88重量%)。
Claims (16)
- 導電性材料が導電性接着剤を硬化した物であり、金属粒子(B)が、導電性接着剤の硬化後に焼結している導電性材料であって、
前記導電性接着剤が、
(A)式:−R1−O−[式中、R1は炭素数1〜10の炭化水素基である。]で示される繰り返し単位を有する主鎖および加水分解性シリル基である末端基を有するポリエーテル重合体、ならびに
(B)銀粒子を含む金属粒子であって、金属粒子は、0.3μm〜10μmの平均粒径(メジアン径)を有し、かつ粒径が0.3μm未満の金属粒子の含有量が5重量%以下である金属粒子
を含む導電性材料。 - ポリエーテル重合体(A)における加水分解性シリル基が、式:
−Si(-X1)n(-X2)3-n
[式中、X1は加水分解性基、X2は炭素数1〜12の炭化水素基、nは1、2または3である。]
で示される請求項1に記載の導電性材料。 - ポリエーテル重合体(A)における加水分解性基が、ハイドライド基、アルコキシ基、ハロゲン基、アシルオキシ基、ケトキシメート基、アミノキシ基、アミド基、アミノ基およびメルカプト基から選択された少なくとも1種の基である請求項2に記載の導電性材料。
- 前記導電性接着剤には、さらに金、銅、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウムおよびオスミウムより選ばれる少なくとも1種である他の金属の粒子が含有されており、前記他の金属の粒子の量は、銀粒子と他の金属の粒子の合計に対して30重量%以下である請求項1〜3のいずれか一項に記載の導電性材料。
- 金属粒子(B)は、フレーク状の粒子である請求項1〜4のいずれか一項に記載の導電性材料。
- 銀粒子の平均粒径(メジアン径)が0.3μm〜5μmである請求項1〜5のいずれか一項に記載の導電性材料。
- 金属粒子(B)の含有量が導電性接着剤に対して70〜98重量%である請求項1〜6のいずれか一項に記載の導電性材料。
- (C)縮合触媒をさらに含む請求項1〜7のいずれか一項に記載の導電性材料。
- 縮合触媒(C)が錫化合物である請求項8に記載の導電性材料。
- 酸化防止剤(D)をポリエーテル重合体(A)100重量部に対して3重量部以下の量で含む請求項1〜9のいずれか一項に記載の導電性材料。
- 酸化防止剤(D)を(実質的に)含まない請求項1〜10のいずれか一項に記載の導電性材料。
- 酸化防止剤(D)がフェノール系酸化防止剤である請求項10または11に記載の導電性材料。
- エポキシ樹脂を実質的に含まない請求項1〜12のいずれか一項に記載の導電性材料。
- 抵抗率が300μΩ・cm以下で、かつ弾性率が150MPa以下である請求項1〜13のいずれか一項に記載の導電性材料。
- 大気中で160℃〜250℃で30〜120分間硬化を行う、導電性接着剤を硬化する工程を含む請求項1〜13のいずれか一項に記載の導電性材料の製造方法。
- 請求項1〜14のいずれか一項に記載の導電性材料を含む配線を有するバックライト。
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