JP7430483B2 - Structure with conductive pattern area and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、導電性パターン領域付構造体及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a structure with a conductive pattern region and a method for manufacturing the same.
回路基板は、基板上に導電性の配線を施した構造を有する。回路基板の製造方法は、一般的に、次の通りである。まず、金属箔を貼り合せた基板上にフォトレジストを塗布する。次に、フォトレジストを露光及び現像して所望の回路パターンのネガ状の形状を得る。次に、フォトレジストに被覆されていない部分の金属箔をケミカルエッチングにより除去してパターンを形成する。これにより、高性能の回路基板を製造することができる。 The circuit board has a structure in which conductive wiring is provided on the board. A method for manufacturing a circuit board is generally as follows. First, a photoresist is applied onto a substrate to which metal foil is bonded. The photoresist is then exposed and developed to obtain a negative form of the desired circuit pattern. Next, the portions of the metal foil not covered with the photoresist are removed by chemical etching to form a pattern. Thereby, a high performance circuit board can be manufactured.
しかしながら、従来の方法は、工程数が多く、煩雑であると共に、フォトレジスト材料を要するなどの欠点がある。 However, conventional methods have drawbacks such as being complicated and requiring a large number of steps, and requiring photoresist materials.
また、銅配線を作製する別な方法として、電解メッキ法がある。電解メッキ法は、電気を流す必要があるため、最初に無電解メッキ等でシード層を形成する必要がある。例えば、特許文献1に記載のように無電解メッキで銅箔を形成し、それをレーザ照射により不要部分を除去した後、電解メッキにより銅配線を作製する方法がある。 Further, as another method for producing copper wiring, there is an electrolytic plating method. Since the electrolytic plating method requires the flow of electricity, it is necessary to first form a seed layer by electroless plating or the like. For example, as described in Patent Document 1, there is a method in which a copper foil is formed by electroless plating, unnecessary portions of the foil are removed by laser irradiation, and then copper wiring is produced by electrolytic plating.
特許文献1に記載の方法のように、シード層の形成のために、パラジウム触媒を利用した無電解メッキを用いることは、コストが掛かるという課題があった。 Using electroless plating using a palladium catalyst to form a seed layer, as in the method described in Patent Document 1, has a problem in that it is costly.
本発明は、高価格な無電解メッキにおけるパラジウム触媒が不要で、かつ、より簡便に製造可能な導電性パターン領域付構造体及びその製造方法を提供することを目的の一つとする。 One of the objects of the present invention is to provide a structure with a conductive pattern region that does not require an expensive palladium catalyst in electroless plating and can be manufactured more easily, and a method for manufacturing the same.
本発明の導電性パターン領域付構造体は、支持体、及び、前記支持体が構成する面上に配置された、層厚が1nm以上10μm以下の還元銅層と、前記還元銅層上に配置された、層厚が1μm以上50μm以下のメッキ銅層とで構成された導電性パターン領域を具備し、前記還元銅層がリン元素、リン酸化物及びリン含有有機物から選択される少なくとも1つを含有していることを特徴とする。 The structure with a conductive pattern region of the present invention includes a support, a reduced copper layer having a layer thickness of 1 nm or more and 10 μm or less, which is arranged on a surface constituted by the support, and which is arranged on the reduced copper layer. and a plated copper layer having a layer thickness of 1 μm or more and 50 μm or less , the reduced copper layer containing at least one selected from elemental phosphorus, phosphorus oxide, and phosphorus-containing organic matter. It is characterized by containing .
この構成によれば、ボイドがなく、かつ、均一な還元銅層を形成し、その上に、還元銅を触媒とした無電解メッキ、または電解メッキにより、必要な電流を流すことが可能な層厚でメッキ銅層が設けられているので、導電性に優れ、かつ、不良が少ない導電性パターン領域を備えた構造体を提供することができる。 According to this configuration, a void-free and uniform reduced copper layer is formed, and a layer on which the necessary current can flow by electroless plating or electrolytic plating using reduced copper as a catalyst. Since the thick plated copper layer is provided, it is possible to provide a structure having a conductive pattern area with excellent conductivity and with few defects.
本発明の電性パターン領域付構造体の一態様において、前記還元銅層が焼成体であることが好ましい。
本発明の電性パターン領域付構造体の一態様において、前記リン元素、リン酸化物及びリン含有有機物から選択される少なくとも1つは、還元銅層の中で偏析して存在していることが好ましい。
In one aspect of the structure with conductive pattern regions of the present invention, it is preferable that the reduced copper layer is a fired body.
In one aspect of the structure with conductive pattern regions of the present invention, at least one selected from the phosphorus element, phosphorus oxide, and phosphorus-containing organic substance may be present in a segregated manner in the reduced copper layer. preferable.
本発明の導電性パターン領域付構造体の製造方法の一態様は、支持体が構成する面上に酸化銅及び分散剤を含む塗布層を形成する工程と、前記塗布層に光線を選択的に照射して前記酸化銅を還元銅に還元して還元銅層を形成する工程と、前記還元銅層上に前記還元銅を触媒とした無電解メッキ、または電解メッキによりメッキ銅層を配置し、前記還元銅層及び前記メッキ銅層で構成された導電性パターン領域を得る工程と、を含むことを特徴とする。 One embodiment of the method for manufacturing a structure with a conductive pattern area of the present invention includes a step of forming a coating layer containing copper oxide and a dispersant on a surface of a support, and selectively applying a light beam to the coating layer. irradiating to reduce the copper oxide to reduced copper to form a reduced copper layer; disposing a plated copper layer on the reduced copper layer by electroless plating or electrolytic plating using the reduced copper as a catalyst; The method is characterized in that it includes a step of obtaining a conductive pattern region composed of the reduced copper layer and the plated copper layer.
この構成によれば、還元銅層をシード層とした電解メッキを施してメッキ銅層を形成する。または、還元銅を触媒として無電解メッキを施すことができる。また、光線の選択的な照射により、還元銅層を所望のパターンで容易に形成できる。これらにより、高価格な無電解メッキにおけるパラジウム触媒が不要で、かつ、より簡便に導電性パターン領域付構造体を製造することができる。 According to this configuration, the plated copper layer is formed by performing electrolytic plating using the reduced copper layer as a seed layer. Alternatively, electroless plating can be performed using reduced copper as a catalyst. In addition, selective irradiation with light allows the reduced copper layer to be easily formed in a desired pattern. As a result, an expensive palladium catalyst in electroless plating is not required, and a structure with a conductive pattern region can be manufactured more easily.
本発明によれば、高価格な無電解メッキにおけるパラジウム触媒が不要で、かつ、より簡便に導電性パターン領域付構造体を製造することができる。 According to the present invention, an expensive palladium catalyst in electroless plating is not required, and a structure with a conductive pattern region can be manufactured more easily.
以下、本発明の実施の形態(以下、「本実施の形態」という。)を例示する目的で詳細に説明するが、本発明は本実施の形態に限定されるものではない。 Hereinafter, an embodiment of the present invention (hereinafter referred to as "this embodiment") will be described in detail for the purpose of illustrating it, but the present invention is not limited to this embodiment.
<本発明の概要>
本発明者らは、無電解メッキによるシード層の形成に代わる方法について鋭意検討した。その結果、酸化銅を含む酸化銅インクを基材などの支持体が構成する面上に塗布して塗布層を配置し、塗布層に光線を選択的に照射して酸化銅を銅(還元銅)に還元し、不要部分を除去して、所望のパターンの還元銅層を形成し、さらに、この還元銅層に含まれる還元銅を触媒とした無電解メッキ、または還元銅層をシード層とした電解メッキを施してメッキ銅層を形成することを見出し、本発明を完成するに至った。
<Summary of the present invention>
The inventors of the present invention have conducted intensive studies on alternative methods to forming a seed layer by electroless plating. As a result, copper oxide ink containing copper oxide is applied onto the surface of a support such as a base material, a coating layer is placed, and the coating layer is selectively irradiated with light to ink copper oxide (reduced copper). ), unnecessary parts are removed to form a reduced copper layer with a desired pattern, and then electroless plating is performed using the reduced copper contained in this reduced copper layer as a catalyst, or the reduced copper layer is used as a seed layer. The present inventors have discovered that a plated copper layer can be formed by electrolytic plating, and have completed the present invention.
すなわち、本実施の形態に係る導電性パターン領域付構造体の製造方法は、支持体が構成する面上に酸化銅及び分散剤を含む塗布層を形成する工程と、前記塗布層に光線を選択的に照射して前記酸化銅を還元銅に還元して還元銅層を形成する工程と、前記還元銅層上に前記還元銅を触媒とした無電解メッキ、または電解メッキによりメッキ銅層を配置し、前記還元銅層及び前記メッキ銅層で構成された導電性パターン領域を得る工程と、を含むことを特徴とする。 That is, the method for manufacturing a structure with a conductive pattern region according to the present embodiment includes the steps of forming a coating layer containing copper oxide and a dispersant on a surface of a support, and selectively applying a light beam to the coating layer. irradiation to reduce the copper oxide to reduced copper to form a reduced copper layer, and placing a plated copper layer on the reduced copper layer by electroless plating or electrolytic plating using the reduced copper as a catalyst. and a step of obtaining a conductive pattern region composed of the reduced copper layer and the plated copper layer.
この構成によれば、還元銅層をシード層とした電解メッキを施してメッキ銅層を形成する。または、還元銅を触媒として無電解メッキを施すことができる。また、光線の選択的な照射により、還元銅層を所望のパターンで容易に形成できる。これらにより、高価格な無電解メッキにおけるパラジウム触媒が不要で、かつ、より簡便に導電性パターン領域付構造体を製造することができる。 According to this configuration, the plated copper layer is formed by performing electrolytic plating using the reduced copper layer as a seed layer. Alternatively, electroless plating can be performed using reduced copper as a catalyst. In addition, selective irradiation with light allows the reduced copper layer to be easily formed in a desired pattern. As a result, an expensive palladium catalyst in electroless plating is not required, and a structure with a conductive pattern region can be manufactured more easily.
また、本実施の形態に係る導電性パターン領域付構造体は、支持体、及び、前記支持体が構成する面上に配置された、層厚が1nm以上10μm以下の還元銅層と、前記還元銅層上に配置された、層厚が1μm以上50μm以下のメッキ銅層とで構成された導電性パターン領域を具備することを特徴とする。 Further, the structure with a conductive pattern region according to the present embodiment includes a support, a reduced copper layer having a layer thickness of 1 nm or more and 10 μm or less, which is disposed on a surface constituted by the support, and the reduced copper layer having a layer thickness of 1 nm or more and 10 μm or less. It is characterized by comprising a conductive pattern region formed of a plated copper layer having a layer thickness of 1 μm or more and 50 μm or less, disposed on the copper layer.
この構成によれば、ボイドがなく、かつ、均一な還元銅層を形成し、その上に、還元銅を触媒とした無電解メッキ、または電解メッキにより、必要な電流を流すことが可能な層厚でメッキ銅層が設けられているので、導電性に優れ、かつ、不良が少ない導電性パターン領域を備えた構造体を提供することができる。 According to this configuration, a void-free and uniform reduced copper layer is formed, and a layer on which the necessary current can flow by electroless plating or electrolytic plating using reduced copper as a catalyst. Since the thick plated copper layer is provided, it is possible to provide a structure having a conductive pattern area with excellent conductivity and with few defects.
本実施の形態において、導電性パターン領域とは、導電性金属で構成されたパターンである。導電性パターン領域は、例えば、配線、放熱シートの金属層(例えば、メッシュ状)、又は、電磁波シールドの金属層(例えば、メッシュ状)を含むが、特に限定されない。ここで、配線は、例えば、支持体上に配置された複数の部品間を繋ぐための配線、集積回路内の配線、電気機器又は電子機器の間を繋ぐための配線(例えば、自動車等の乗り物において、スイッチと照明等の機器との間の配線、又は、センサとECU(Electronic Control Unit)との間の配線)を含むが、特に限定されない。 In this embodiment, the conductive pattern region is a pattern made of conductive metal. The conductive pattern region includes, for example, wiring, a metal layer of a heat dissipation sheet (eg, mesh-like), or an electromagnetic shielding metal layer (eg, mesh-like), but is not particularly limited. Here, the wiring is, for example, wiring for connecting multiple parts arranged on a support, wiring within an integrated circuit, wiring for connecting between electrical equipment or electronic equipment (for example, wiring for connecting a plurality of parts arranged on a support body, wiring for connecting between electrical equipment or electronic equipment (for example, , wiring between a switch and a device such as a light, or wiring between a sensor and an ECU (Electronic Control Unit), but is not particularly limited thereto.
また、支持体は、塗布層を形成するための面を構成するものである。しかし、その形状は、特に限定されない。 Further, the support constitutes a surface on which a coating layer is formed. However, its shape is not particularly limited.
支持体の材質は、導電性パターン領域の間での電気絶縁性を確保するため、絶縁材料であることが好ましい。ただし、支持体の全体が絶縁材料であることは必ずしも必要がない。塗布層が配置される面を構成する部分だけが絶縁材料であれば足りる。 The material of the support is preferably an insulating material in order to ensure electrical insulation between the conductive pattern regions. However, the entire support body does not necessarily need to be made of an insulating material. It is sufficient if only the portion constituting the surface on which the coating layer is placed is made of an insulating material.
支持体は、より具体的には、平板状体、フィルム又はシートであってもよい。板状体は、例えば、プリント基板等の回路基板に用いられる支持体(基材とも呼ばれる)である。フィルム又はシートは、例えば、フレキシブルプリント基板に用いられる、薄膜状の絶縁体であるベースフィルムである。 The support may more particularly be a plate, a film or a sheet. The plate-shaped body is, for example, a support (also called a base material) used for a circuit board such as a printed circuit board. The film or sheet is, for example, a base film that is a thin insulator used for flexible printed circuit boards.
支持体は、立体物であってもよい。立体物が構成する曲面又は段差等を含む面に塗布層を形成することもできる。 The support may be a three-dimensional object. The coating layer can also be formed on a curved surface or a surface including steps, etc., included in the three-dimensional object.
立体物の一例としては、携帯電話端末、スマートフォン、スマートグラス、テレビ、パーソナルコンピュータ等の電気機器の筐体が挙げられる。また、立体物の他の例としては、自動車分野では、ダッシュボード、インストルメントパネル、ハンドル、シャーシ等が挙げられる。 Examples of three-dimensional objects include housings of electrical devices such as mobile phone terminals, smartphones, smart glasses, televisions, and personal computers. Further, other examples of three-dimensional objects include dashboards, instrument panels, steering wheels, chassis, etc. in the automobile field.
<酸化銅インク>
本実施の形態の酸化銅インクは、分散媒に、(1)酸化銅と、(2)分散剤とを含むことを特徴とする。
<Copper oxide ink>
The copper oxide ink of this embodiment is characterized in that the dispersion medium contains (1) copper oxide and (2) a dispersant.
分散剤の含有量が下記式(1)の範囲を満たす。これにより、酸化銅の凝集を抑制し、分散安定性が向上する。 The content of the dispersant satisfies the range of formula (1) below. This suppresses aggregation of copper oxide and improves dispersion stability.
0.0050≦(分散剤質量/酸化銅質量)≦0.30 (1) 0.0050≦(dispersant mass/copper oxide mass)≦0.30 (1)
また、分散剤の酸価は、20以上、130以下であることが好ましい。これにより、分散安定性に優れる。 Further, the acid value of the dispersant is preferably 20 or more and 130 or less. This provides excellent dispersion stability.
また、酸化銅は、微粒子状であり、その平均粒子径は、3nm以上、50nm以下であることが好ましく、5nm以上、40nm以下であることがより好ましい。平均粒子径が50nm以下の場合、低温焼成が可能となり、基板の汎用性が広がる。また、基板上に微細パターンを形成し易い傾向があるので好ましい。また、3nm以上だと、酸化銅インクに用いられた際に分散安定性がよく、分散体の長期保管安定性が向上するので好ましい。また、均一な薄膜を作製できる。 Further, copper oxide is in the form of fine particles, and the average particle diameter thereof is preferably 3 nm or more and 50 nm or less, more preferably 5 nm or more and 40 nm or less. When the average particle diameter is 50 nm or less, low-temperature firing becomes possible and the versatility of the substrate increases. Further, it is preferable because it tends to easily form a fine pattern on the substrate. Moreover, when it is 3 nm or more, the dispersion stability is good when used in a copper oxide ink, and the long-term storage stability of the dispersion is improved, which is preferable. Moreover, a uniform thin film can be produced.
また、分散媒は、炭素数8以下のモノアルコールであることが好ましい。これにより、酸化銅の分散性の低下を抑制するため、さらに分散剤との相互作用において、より安定に酸化銅を分散させる。また、抵抗値も低くなる。 Further, the dispersion medium is preferably a monoalcohol having 8 or less carbon atoms. Thereby, in order to suppress a decrease in the dispersibility of copper oxide, the copper oxide is more stably dispersed through interaction with the dispersant. Moreover, the resistance value is also lowered.
また、分散媒の酸化銅インク中の含有量が30質量%以上、95質量%以下であることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the content of the dispersion medium in the copper oxide ink is 30% by mass or more and 95% by mass or less.
本実施の形態の酸化銅インクは、フラッシュ光又はレーザ光を用いて焼成処理(後述)を行うことができる。これにより、酸化銅中の有機物が分解され、酸化銅の焼成が促進され、抵抗の低い導電膜を形成できる。このため、電気を流す配線、放熱シート、電磁波シールド、回路などの様々な導電性パターン領域を提供できる。 The copper oxide ink of this embodiment can be subjected to baking treatment (described later) using flash light or laser light. This decomposes the organic matter in the copper oxide, promotes firing of the copper oxide, and forms a conductive film with low resistance. Therefore, it is possible to provide various conductive pattern areas such as wiring for passing electricity, heat dissipation sheets, electromagnetic shields, and circuits.
次に、酸化銅インクにおける酸化銅と分散剤の状態について、図1を用いて説明する。図1は、本実施の形態に係る酸化銅とリン酸エステル塩との関係を示す模式図である。図1に示すように、酸化銅インク1において、酸化銅の一例である酸化銅2の周囲には、分散剤としてリン含有有機物の一例であるリン酸エステル塩3が、リン3aを内側に、エステル塩3bを外側にそれぞれ向けて取り囲んでいる。リン酸エステル塩3は電気絶縁性を示すため、隣接する酸化銅2との間の電気的導通は妨げられる。また、リン酸エステル塩3は、立体障害効果により酸化銅インク1の凝集を抑制する。
Next, the states of copper oxide and dispersant in the copper oxide ink will be explained using FIG. 1. FIG. 1 is a schematic diagram showing the relationship between copper oxide and phosphate ester salt according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, in the copper oxide ink 1, a phosphoric
したがって、酸化銅2は半導体であり導電性であるが、電気絶縁性を示すリン酸エステル塩3で覆われているので、酸化銅インク1は電気絶縁性を示し、断面視(図2中に示す上下方向に沿った断面)で、酸化銅インク1の両側に隣接する導電性パターン領域の間の絶縁を確保することができる。
Therefore, although the
一方、導電性パターン領域は、酸化銅及びリン含有有機物を含む塗布層の一部の領域に光照射し、当該一部の領域において、酸化銅を銅に還元する。このように酸化銅が還元された銅を還元銅という。また、当該一部の領域において、リン含有有機物は、リン酸化物に変性する。リン酸化物では、上述のエステル塩3b(図1参照)のような有機物は、レーザなどの熱によって分解し、電気絶縁性を示さないようになる。
On the other hand, in the conductive pattern region, light is irradiated to a partial region of the coating layer containing copper oxide and a phosphorous-containing organic substance, and the copper oxide is reduced to copper in the partial region. Copper obtained by reducing copper oxide in this way is called reduced copper. Further, in the part of the region, the phosphorus-containing organic substance is modified into a phosphorus oxide. Among phosphoric oxides, organic substances such as the above-mentioned
また、図1に示すように、酸化銅2が用いられている場合、レーザなどの熱によって、酸化銅が還元銅に変化すると共に焼結し、隣接する酸化銅2同士が一体化する。これによって、優れた電気導電性を有する領域、すなわち導電性パターン領域を形成することができる。
Further, as shown in FIG. 1, when
導電性パターン領域(還元銅層)は、このように酸化銅を焼成した焼成体である。 The conductive pattern region (reduced copper layer) is a fired body obtained by firing copper oxide in this manner.
また、導電性パターン領域において、還元銅の中にリン元素が残存している。リン元素は、リン元素単体、リン酸化物及びリン含有有機物のうち少なくとも1つとして存在している。このように残存するリン元素は導電性パターン領域中に偏析して存在しており、導電性パターン領域の抵抗が大きくなる恐れはない。 Further, in the conductive pattern region, phosphorus element remains in the reduced copper. The phosphorus element exists as at least one of a simple phosphorus element, a phosphorus oxide, and a phosphorus-containing organic substance. In this way, the remaining phosphorus element exists in a segregated manner in the conductive pattern region, and there is no fear that the resistance of the conductive pattern region will increase.
[(1)酸化銅]
本実施の形態においては、金属酸化物成分の一つとして酸化銅を用いる。酸化銅としては、酸化第一銅(Cu2O)及び酸化第二銅(CuO)が含まれるが、酸化第一銅が好ましい。これは、金属酸化物の中でも還元が容易で、さらに微粒子を用いることで焼結が容易であること、価格的にも銅であるがゆえに銀などの貴金属類と比較し安価で、マイグレーションに対し有利であるためである。以下の本実施の形態では、酸化第一銅を用いる場合を例にあげて説明する。
[(1) Copper oxide]
In this embodiment, copper oxide is used as one of the metal oxide components. Copper oxide includes cuprous oxide (Cu 2 O) and cupric oxide (CuO), with cuprous oxide being preferred. This is because it is easy to reduce among metal oxides, is easy to sinter by using fine particles, is cheaper than precious metals such as silver because it is copper, and is resistant to migration. This is because it is advantageous. In the following embodiment, a case where cuprous oxide is used will be described as an example.
上述の通り、酸化銅は微粒子状であることが好ましい。酸化第一銅粒子の平均粒子径の好ましい範囲は、これを還元処理することにより得られる金属の緻密性、電気的特性の観点から、さらには焼成条件を樹脂基板の使用を考慮して基板に与えるダメージを低減する観点から、より低温化する必要がある。このため、好ましい平均粒子径は、3nm以上、50nm以下、より好ましくは5nm以上、40nm以下、さらに好ましくは10nm以上、30nm以下である。平均粒子径が50nm以下の場合、低温焼成が可能となり、基板の汎用性が広がる。また、基板上に微細パターンを形成し易い傾向があるので好ましい。また、3nm以上だと、酸化銅インクに用いられた際に分散安定性がよく、分散体の長期保管安定性が向上するので好ましい。また、均一な薄膜を作製できる。ここで平均粒子径とは、酸化銅インク中での分散時の粒子径であり、大塚電子製FPAR-1000を用いてキュムラント法によって測定した値である。つまり一次粒子径とは限らず、2次粒子径であってもよい。 As mentioned above, the copper oxide is preferably in the form of fine particles. The preferred range of the average particle diameter of the cuprous oxide particles is determined from the viewpoint of the density and electrical properties of the metal obtained by reducing the particles, and also from the viewpoint of the firing conditions for the substrate, taking into consideration the use of a resin substrate. In order to reduce the damage caused, it is necessary to lower the temperature. Therefore, the average particle diameter is preferably 3 nm or more and 50 nm or less, more preferably 5 nm or more and 40 nm or less, and even more preferably 10 nm or more and 30 nm or less. When the average particle diameter is 50 nm or less, low-temperature firing becomes possible and the versatility of the substrate increases. Further, it is preferable because it tends to easily form a fine pattern on the substrate. Moreover, when it is 3 nm or more, the dispersion stability is good when used in a copper oxide ink, and the long-term storage stability of the dispersion is improved, which is preferable. Moreover, a uniform thin film can be produced. The average particle size herein refers to the particle size when dispersed in copper oxide ink, and is a value measured by the cumulant method using FPAR-1000 manufactured by Otsuka Electronics. In other words, it is not limited to the primary particle size, but may be the secondary particle size.
また、平均粒子径分布において、多分散度が0.1以上0.4以下の範囲がよい。この範囲であれば、成膜性がよく、分散安定性も高い。なお、本実施の形態において、酸化第一銅粒子の平均粒小径は、後述する針金状、樹枝状、及び鱗片状の形状を有する銅粒子によるクラック防止効果には影響しない。 Further, in the average particle size distribution, the polydispersity is preferably in the range of 0.1 or more and 0.4 or less. Within this range, film formability is good and dispersion stability is also high. Note that in this embodiment, the average particle size of the cuprous oxide particles does not affect the crack prevention effect of copper particles having wire-like, dendritic, and scale-like shapes, which will be described later.
酸化第一銅に関しては、市販品を用いてもよいし、合成して用いてもよい。合成法としては、次の方法が挙げられる。
(1)ポリオール溶剤中に、水と銅アセチルアセトナト錯体を加え、いったん有機銅化合物を加熱溶解させ、次に、反応に必要な水を後添加し、さらに昇温して有機銅の還元温度で加熱する加熱還元する方法。
(2)有機銅化合物(銅-N-ニトロソフェニルヒドロキシアミン錯体)を、ヘキサデシルアミンなどの保護材存在下、不活性雰囲気中で、300℃程度の高温で加熱する方法。
(3)水溶液に溶解した銅塩をヒドラジンで還元する方法。
Regarding cuprous oxide, a commercially available product may be used, or a synthesized product may be used. Examples of the synthesis method include the following methods.
(1) Add water and copper acetylacetonate complex to a polyol solvent, heat and dissolve the organocopper compound, then add water necessary for the reaction, and further raise the temperature to the reduction temperature of the organocopper. A method of heating and reducing.
(2) A method of heating an organocopper compound (copper-N-nitrosophenylhydroxyamine complex) at a high temperature of about 300°C in an inert atmosphere in the presence of a protective material such as hexadecylamine.
(3) A method in which a copper salt dissolved in an aqueous solution is reduced with hydrazine.
この中では(3)の方法は操作が簡便で、かつ、平均粒小径の小さい酸化第一銅が得られるので好ましい。 Among these, method (3) is preferred because it is easy to operate and produces cuprous oxide with a small average particle size.
合成終了後、合成溶液と酸化第一銅の分離を行うが、遠心分離などの既知の方法を用いればよい。また、得られた酸化第一銅を後述の分散剤、分散媒を加えホモジナイザーなど既知の方法で攪拌し分散する。分散媒によっては分散し難く分散が不充分な場合があるが、このような場合は一例として、分散しやすいアルコール類、例えばブタノールなどの分散媒を用い分散させた後、所望の分散媒への置換と所望の濃度への濃縮を行う。方法の一例としてUF膜による濃縮、所望の分散媒による希釈、濃縮を繰り返す方法が挙げられる。このようにして得られた酸化銅分散体は、後述の方法で銅粒子などと混合され、本実施の形態の酸化銅インクとされる。この酸化銅インクが印刷、塗布に用いられる。 After the synthesis is completed, the synthesis solution and cuprous oxide are separated using a known method such as centrifugation. Further, the obtained cuprous oxide is mixed with a dispersant and a dispersion medium, which will be described later, and stirred and dispersed using a known method such as a homogenizer. Depending on the dispersion medium, it may be difficult to disperse and the dispersion may be insufficient. In such cases, for example, after dispersing using a dispersion medium such as an alcohol that is easy to disperse, such as butanol, it is added to the desired dispersion medium. Perform substitution and concentration to desired concentration. An example of the method is a method in which concentration using a UF membrane, dilution with a desired dispersion medium, and concentration are repeated. The copper oxide dispersion thus obtained is mixed with copper particles and the like by a method described later to form the copper oxide ink of this embodiment. This copper oxide ink is used for printing and coating.
[(2)分散剤]
次に分散剤について説明する。分散剤としては、例えば、リン含有有機物が好ましい。リン含有有機物は酸化銅に吸着してもよく、この場合、立体障害効果により凝集を抑制する。また、リン含有有機物は、絶縁領域において電気絶縁性を示す材料である。リン含有有機物は、単一分子であってよいし、複数種類の分子の混合物でもよい。
[(2) Dispersant]
Next, the dispersant will be explained. As the dispersant, for example, a phosphorus-containing organic substance is preferable. Phosphorus-containing organic substances may be adsorbed onto copper oxide, in which case agglomeration is inhibited by steric hindrance effects. Further, the phosphorus-containing organic substance is a material that exhibits electrical insulation in the insulating region. The phosphorus-containing organic substance may be a single molecule or a mixture of multiple types of molecules.
分散剤の数平均分子量は、特に制限はないが、例えば300~300,000であることが好ましい。300以上であると、絶縁性に優れ、得られる酸化銅インクの分散安定性が増す傾向があり、30,000以下であると、焼成しやすい。また、構造としては酸化銅に親和性のある基を有する高分子量共重合物のリン酸エステルが好ましい。例えば、化学式(1)の構造は、酸化銅、特に酸化第一銅と吸着し、また基板への密着性にも優れるため、好ましい。 The number average molecular weight of the dispersant is not particularly limited, but is preferably 300 to 300,000, for example. When it is 300 or more, the insulation properties are excellent and the dispersion stability of the resulting copper oxide ink tends to increase, and when it is 30,000 or less, it is easy to bake. Moreover, as for the structure, a phosphoric acid ester of a high molecular weight copolymer having a group having an affinity for copper oxide is preferable. For example, the structure of chemical formula (1) is preferable because it adsorbs copper oxide, especially cuprous oxide, and has excellent adhesion to the substrate.
リン含有有機物は、光や熱によって分解又は蒸発しやすいものであることが好ましい。光や熱によって分解又は蒸発しやすい有機物を用いることによって、焼成後に有機物の残渣が残りにくくなり、抵抗率の低い導電性パターン領域を得ることができる。 It is preferable that the phosphorus-containing organic substance is easily decomposed or evaporated by light or heat. By using an organic substance that is easily decomposed or evaporated by light or heat, residues of the organic substance are less likely to remain after firing, and a conductive pattern region with low resistivity can be obtained.
リン含有有機物の分解温度は、限定されないが、600℃以下であることが好ましく、400℃以下であることがより好ましく、200℃以下であることがさらに好ましい。リン含有有機物の沸点は、限定されないが、300℃以下であることが好ましく、200℃以下であることがより好ましく、150℃以下であることがさらに好ましい。 Although the decomposition temperature of the phosphorus-containing organic substance is not limited, it is preferably 600°C or lower, more preferably 400°C or lower, and even more preferably 200°C or lower. Although the boiling point of the phosphorus-containing organic substance is not limited, it is preferably 300°C or lower, more preferably 200°C or lower, and even more preferably 150°C or lower.
リン含有有機物の吸収特性は、限定されないが、焼成に用いる光を吸収できることが好ましい。例えば、焼成のための光源としてレーザ光を用いる場合は、その発光波長の、例えば、355nm、405nm、445nm、450nm、532nm、又は、1056nmの光を吸収するリン含有有機物を用いることが好ましい。支持体が樹脂の場合、355nm、405nm、445nm、又は、450nmの波長の光を吸収するリン含有有機物を用いることが好ましい。 Although the absorption properties of the phosphorus-containing organic substance are not limited, it is preferable that it can absorb the light used for firing. For example, when using laser light as a light source for firing, it is preferable to use a phosphorus-containing organic substance that absorbs light at an emission wavelength of, for example, 355 nm, 405 nm, 445 nm, 450 nm, 532 nm, or 1056 nm. When the support is a resin, it is preferable to use a phosphorus-containing organic substance that absorbs light with a wavelength of 355 nm, 405 nm, 445 nm, or 450 nm.
分散剤としては公知のものを用いることができ、例えば、長鎖ポリアミノアマイドと極性酸エステルの塩、不飽和ポリカルボン酸ポリアミノアマイド、ポリアミノアマイドのポリカルボン酸塩、長鎖ポリアミノアマイドと酸ポリマーの塩などの塩基性基を有する高分子が挙げられる。また、アクリル系ポリマー、アクリル系共重合物、変性ポリエステル酸、ポリエーテルエステル酸、ポリエーテル系カルボン酸、ポリカルボン酸などの高分子のアルキルアンモニウム塩、アミン塩、アミドアミン塩などが挙げられる。このような分散剤としては、市販されているものを使用することもできる。 Known dispersants can be used, such as salts of long-chain polyaminoamides and polar acid esters, unsaturated polycarboxylic acid polyaminoamides, polycarboxylate salts of polyaminoamides, and salts of long-chain polyaminoamides and acid polymers. Examples include polymers having basic groups such as salts. Further examples include alkyl ammonium salts, amine salts, and amidoamine salts of polymers such as acrylic polymers, acrylic copolymers, modified polyester acids, polyether ester acids, polyether carboxylic acids, and polycarboxylic acids. As such a dispersant, commercially available ones can also be used.
上記市販品としては、例えば、DISPERBYK(登録商標)―101、DISPERBYK―102、DISPERBYK-110、DISPERBYK―111、DISPERBYK―112、DISPERBYK-118、DISPERBYK―130、DISPERBYK―140、DISPERBYK-142、DISPERBYK―145、DISPERBYK―160、DISPERBYK―161、DISPERBYK―162、DISPERBYK―163、DISPERBYK―2155、DISPERBYK―2163、DISPERBYK―2164、DISPERBYK―180、DISPERBYK―2000、DISPERBYK―2025、DISPERBYK―2163、DISPERBYK―2164、BYK―9076、BYK―9077、TERRA-204、TERRA-U(以上ビックケミー社製)、フローレンDOPA-15B、フローレンDOPA-15BHFS、フローレンDOPA-22、フローレンDOPA-33、フローレンDOPA-44、フローレンDOPA-17HF、フローレンTG-662C、フローレンKTG-2400(以上共栄社化学社製)、ED-117、ED-118、ED-212、ED-213、ED-214、ED-216、ED-350、ED-360(以上楠本化成社製)、プライサーフM208F、プライサーフDBS(以上第一工業製薬製)などを挙げることができる。これらは単独で用いてもよいし、複数を混合して用いてもよい。 Examples of the above commercial products include DISPERBYK (registered trademark)-101, DISPERBYK-102, DISPERBYK-110, DISPERBYK-111, DISPERBYK-112, DISPERBYK-118, DISPERBYK-130, DISPERBYK-140, DISPERBYK-142, DISPERBYK- 145, DISPERBYK-160, DISPERBYK-161, DISPERBYK-162, DISPERBYK-163, DISPERBYK-2155, DISPERBYK-2163, DISPERBYK-2164, DISPERBYK-180, DISP ERBYK-2000, DISPERBYK-2025, DISPERBYK-2163, DISPERBYK-2164, BYK-9076, BYK-9077, TERRA-204, TERRA-U (manufactured by BYK Chemie), Floren DOPA-15B, Floren DOPA-15BHFS, Floren DOPA-22, Floren DOPA-33, Floren DOPA-44, Floren DOPA- 17HF, Floren TG-662C, Floren KTG-2400 (manufactured by Kyoeisha Chemical Co., Ltd.), ED-117, ED-118, ED-212, ED-213, ED-214, ED-216, ED-350, ED-360 (manufactured by Kusumoto Kasei Co., Ltd.), Plysurf M208F, and Plysurf DBS (manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku). These may be used alone or in combination.
分散剤の必要量は、酸化銅の量に比例し、要求される分散安定性を考慮し調整する。本実施の形態の酸化銅インクに含まれる分散剤の質量比率(分散剤質量/酸化銅質量)は、0.0050以上0.30以下であり、好ましくは0.050以上0.25以下であり、より好ましくは0.10以上0.23である。分散剤の量は分散安定性に影響し、量が少ないと凝集しやすく、多いと分散安定性が向上する傾向がある。但し、本実施の形態の酸化銅インクにおける分散剤の含有率を35質量%以下にすると、焼成して得られる導電膜において分散剤由来の残渣の影響を抑え、導電性を向上できる。 The required amount of the dispersant is proportional to the amount of copper oxide, and is adjusted in consideration of the required dispersion stability. The mass ratio of the dispersant (dispersant mass/copper oxide mass) contained in the copper oxide ink of this embodiment is 0.0050 or more and 0.30 or less, preferably 0.050 or more and 0.25 or less. , more preferably 0.10 or more and 0.23. The amount of dispersant affects dispersion stability; when the amount is small, agglomeration tends to occur, and when the amount is large, dispersion stability tends to improve. However, when the content of the dispersant in the copper oxide ink of this embodiment is 35% by mass or less, the influence of the residue derived from the dispersant can be suppressed in the conductive film obtained by firing, and the conductivity can be improved.
分散剤の酸価(mgKOH/g)は20以上、130以下が好ましい。より好ましくは30以上、100以下が好ましい。この範囲に入ると分散安定性に優れるため好ましい。特に平均粒子径が小さい酸化銅の場合に有効である。具体的にはビックケミー社製「DISPERBYK―102」(酸価101)、「DISPERBYK-140」(酸価73)、「DISPERBYK-142」(酸価46)、「DISPERBYK-145」(酸価76)、「DISPERBYK-118」(酸価36)、「DISPERBYK-180」(酸価94)が挙げられる。 The acid value (mgKOH/g) of the dispersant is preferably 20 or more and 130 or less. More preferably, it is 30 or more and 100 or less. If it falls within this range, it is preferable because it provides excellent dispersion stability. This is particularly effective in the case of copper oxide having a small average particle size. Specifically, "DISPERBYK-102" (acid value 101), "DISPERBYK-140" (acid value 73), "DISPERBYK-142" (acid value 46), and "DISPERBYK-145" (acid value 76) manufactured by BYK Chemie. , "DISPERBYK-118" (acid value 36), and "DISPERBYK-180" (acid value 94).
また、分散剤のアミン価(mgKOH/g)と酸価の差(アミン価-酸価)は-50以上0以下であることが好ましい。アミン価は、遊離塩基、塩基の総量を示すものであり、酸価は、遊離脂肪酸、脂肪酸の総量を示すものである。アミン価、酸価はJIS K 7700あるいはASTM D2074に準拠した方法で測定する。-50以上0以下だと分散安定性に優れるため、好ましい。より好ましくは-40以上0以下であり、さらに好ましくは-20以上0以下である。 Further, the difference between the amine value (mgKOH/g) and the acid value (amine value - acid value) of the dispersant is preferably -50 or more and 0 or less. The amine value indicates the total amount of free bases and bases, and the acid value indicates the total amount of free fatty acids and fatty acids. The amine value and acid value are measured according to JIS K 7700 or ASTM D2074. A value of −50 or more and 0 or less is preferable because dispersion stability is excellent. More preferably -40 or more and 0 or less, and even more preferably -20 or more and 0 or less.
[(3)その他]
本実施の形態の酸化銅インクは、上述の構成成分(1)、(2)の他に、その他の構成成分(3)として、還元剤や分散媒が含まれていてもよい。
[(3) Others]
In addition to the above-mentioned components (1) and (2), the copper oxide ink of this embodiment may contain a reducing agent and a dispersion medium as other components (3).
まず還元剤について説明する。還元剤としては、ヒドラジン、ヒドラジン水和物、ナトリウム、カーボン、ヨウ化カリウム、シュウ酸、硫化鉄(II)、チオ硫酸ナトリウム、アスコルビン酸、塩化スズ(II)、水素化ジイソブチルアルミニウム、蟻酸、水素化ホウ酸ナトリウム、亜硫酸塩などが挙げられる。焼成処理において、酸化銅、特に酸化第一銅の還元に寄与し、より抵抗の低い還元銅層を作製することができる観点から、還元剤は、ヒドラジン又はヒドラジン水和物が最も好ましい。これにより、酸化銅インクの分散安定性も維持できる。還元剤の必要量は酸化銅の量に比例し、要求される還元性を考慮し調整する。 First, the reducing agent will be explained. Reducing agents include hydrazine, hydrazine hydrate, sodium, carbon, potassium iodide, oxalic acid, iron (II) sulfide, sodium thiosulfate, ascorbic acid, tin (II) chloride, diisobutylaluminum hydride, formic acid, and hydrogen. Examples include sodium borate and sulfites. In the firing process, the reducing agent is most preferably hydrazine or hydrazine hydrate, from the viewpoint of contributing to the reduction of copper oxide, especially cuprous oxide, and being able to produce a reduced copper layer with lower resistance. Thereby, the dispersion stability of the copper oxide ink can also be maintained. The required amount of reducing agent is proportional to the amount of copper oxide, and is adjusted in consideration of the required reducing property.
本実施の形態の酸化銅インクに含まれる還元剤の質量比率(還元剤質量/酸化銅質量)は、0.0001以上0.1以下が好ましく、より好ましくは0.0001以上0.05以下、さらに好ましくは0.0001以上0.03である。還元剤の質量比率は、0.0001以上だと分散安定性が向上し、かつ還元銅層の抵抗が低下する。また、0.1以下だと酸化銅インクの長期安定性が向上する。 The mass ratio of the reducing agent (reducing agent mass/copper oxide mass) contained in the copper oxide ink of this embodiment is preferably 0.0001 or more and 0.1 or less, more preferably 0.0001 or more and 0.05 or less, More preferably, it is 0.0001 or more and 0.03. When the mass ratio of the reducing agent is 0.0001 or more, the dispersion stability is improved and the resistance of the reduced copper layer is reduced. Moreover, when it is 0.1 or less, the long-term stability of the copper oxide ink is improved.
また、本実施の形態に用いられる分散媒は、分散という観点から分散剤の溶解が可能なものの中から選択する。一方、酸化銅インクを用いて導電性パターンを形成するという観点からは、分散媒の揮発性が作業性に影響を与えるため、導電性パターンの形成方法、例えば印刷や塗布の方式に適するものである必要がある。従って、分散媒は分散性と印刷や塗布の作業性に合わせて下記の溶剤から選択すればよい。 Further, the dispersion medium used in this embodiment is selected from among those capable of dissolving the dispersant from the viewpoint of dispersion. On the other hand, from the perspective of forming a conductive pattern using copper oxide ink, the volatility of the dispersion medium affects workability, so it is not suitable for the method of forming the conductive pattern, such as printing or coating. There needs to be. Therefore, the dispersion medium may be selected from the following solvents depending on the dispersibility and workability of printing and coating.
具体例としては、分散媒として以下の溶剤を挙げることができる。プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、3-メトキシ-3-メチル-ブチルアセテート、エトキシエチルプロピオネート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールターシャリーブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールブチルエーテル、エチレングリコールエチルエーテル、エチレングリコールメチルエーテル、エチレングリコール、1,2-プロピレングリコール、1,3-ブチレングリコール、2-ペンタンジオール、2-メチルペンタン-2,4-ジオール、2,5-ヘキサンジオール、2,4-ヘプタンジオール、2-エチルヘキサン-1,3-ジオール、ジエチレングリコール、ヘキサンジオール、オクタンジオール、トリエチレングリコール、トリ-1,2-プロピレングリコール、グリセロール、エチレングリコールモノヘキシルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノブチルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、メタノール、エタノール、n-プロパノール、i-プロパノール、n-ブタノール、i-ブタノール、2-ブタノール、t-ブタノール、n-ペンタノール、i-ペンタノール、2-メチルブタノール、2-ペンタノール、t-ペンタノール、3-メトキシブタノール、n-ヘキサノール、2-メチルペンタノール、1-ヘキサノール、2-ヘキサノール、2-エチルブタノール、1-ヘプタノール、2-ヘプタノール、3-ヘプタノール、n-オクタノール、2-エチルヘキサノール、2-オクタノール、n-ノニルアルコール、2、6ジメチル-4-ヘプタノール、n-デカノール、シクロヘキサノール、メチルシクロヘキサノール、3、3、5-トリメチルシクロヘキサノール、ベンジルアルコール、ジアセトンアルコールなどが挙げられる。これらに具体的に記載したもの以外にも、アルコール、グリコール、グリコールエーテル、グリコールエステル類溶剤を分散媒に用いることができる。これらは単独で用いてもよいし、複数を混合して用いてもよく、印刷方式に応じ蒸発性や、印刷機材、被印刷基板の耐溶剤性を考慮し選択する。 Specific examples include the following solvents as dispersion media. Propylene glycol monomethyl ether acetate, 3-methoxy-3-methyl-butyl acetate, ethoxyethyl propionate, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monopropyl ether, propylene glycol tert-butyl ether, dipropylene glycol monomethyl Ether, ethylene glycol butyl ether, ethylene glycol ethyl ether, ethylene glycol methyl ether, ethylene glycol, 1,2-propylene glycol, 1,3-butylene glycol, 2-pentanediol, 2-methylpentane-2,4-diol, 2 , 5-hexanediol, 2,4-heptanediol, 2-ethylhexane-1,3-diol, diethylene glycol, hexanediol, octanediol, triethylene glycol, tri-1,2-propylene glycol, glycerol, ethylene glycol mono Hexyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, ethylene glycol monobutyl acetate, diethylene glycol monoethyl ether acetate, methanol, ethanol, n-propanol, i-propanol, n-butanol, i-butanol, 2-butanol, t- Butanol, n-pentanol, i-pentanol, 2-methylbutanol, 2-pentanol, t-pentanol, 3-methoxybutanol, n-hexanol, 2-methylpentanol, 1-hexanol, 2-hexanol, 2-ethylbutanol, 1-heptanol, 2-heptanol, 3-heptanol, n-octanol, 2-ethylhexanol, 2-octanol, n-nonyl alcohol, 2,6 dimethyl-4-heptanol, n-decanol, cyclohexanol , methylcyclohexanol, 3,3,5-trimethylcyclohexanol, benzyl alcohol, diacetone alcohol and the like. In addition to those specifically described above, alcohol, glycol, glycol ether, and glycol ester solvents can be used as the dispersion medium. These may be used alone or in combination, and are selected in consideration of evaporability, printing equipment, and solvent resistance of the printing substrate depending on the printing method.
また、分散媒としては、炭素数10以下のモノアルコールがより好ましい。また、酸化銅の分散性の低下を抑制するため、さらに分散剤との相互作用において、より安定に分散させるために、モノアルコールの炭素数は8以下であることがさらに好ましい。また、モノアルコールの炭素数が8以下であることにより、抵抗値も低くなる。炭素数8以下のモノアルコール中でも、例えば、エタノール、n-プロパノール、i-プロパノール、n-ブタノール、i-ブタノール、sec-ブタノール、t-ブタノールが分散性、揮発性及び粘性が特に適しているのでさらにより好ましい。これらのモノアルコールを単独で用いてもよいし、複数を混合して用いてもよい。 Further, as the dispersion medium, a monoalcohol having 10 or less carbon atoms is more preferable. Further, in order to suppress a decrease in the dispersibility of copper oxide, and further to achieve more stable dispersion in interaction with a dispersant, it is more preferable that the carbon number of the monoalcohol is 8 or less. Further, since the monoalcohol has 8 or less carbon atoms, the resistance value is also lowered. Among monoalcohols having 8 or less carbon atoms, for example, ethanol, n-propanol, i-propanol, n-butanol, i-butanol, sec-butanol, and t-butanol are particularly suitable because of their dispersibility, volatility, and viscosity. Even more preferred. These monoalcohols may be used alone or in combination.
分散媒の含有量は、酸化銅インク全体の中で30質量%以上、95質量%以下が好ましく、40質量%以上、95質量%以下がさらに好ましく、50質量%以上、90質量%以下が最も好ましい。 The content of the dispersion medium is preferably 30% by mass or more and 95% by mass or less in the entire copper oxide ink, more preferably 40% by mass or more and 95% by mass or less, most preferably 50% by mass or more and 90% by mass or less. preferable.
[酸化銅と銅を含む分散体の調整]
本実施の形態の酸化銅インクは、酸化銅の微粒子の他、銅の粒子を含むことが好ましい。酸化銅の微粒子と銅粒子を含む分散体は、前述の酸化銅分散体に、銅微粒子、必要に応じ分散媒を、それぞれ所定の割合で混合し、例えば、ミキサー法、超音波法、3本ロール法、2本ロール法、アトライター、ホモジナイザー、バンバリーミキサー、ペイントシェイカー、ニーダー、ボールミル、サンドミル、自公転ミキサーなどを用いて分散処理することにより調整することができる。
[Preparation of dispersion containing copper oxide and copper]
The copper oxide ink of this embodiment preferably contains copper particles in addition to copper oxide fine particles. A dispersion containing copper oxide fine particles and copper particles can be prepared by mixing the copper oxide dispersion described above with copper fine particles and, if necessary, a dispersion medium at predetermined ratios. It can be adjusted by dispersion treatment using a roll method, a two-roll method, an attritor, a homogenizer, a Banbury mixer, a paint shaker, a kneader, a ball mill, a sand mill, a rotation-revolution mixer, or the like.
分散媒の一部は既に作成した酸化銅分散体に含まれているため、この酸化銅分散体に含まれている分で充分な場合はこの工程で添加する必要はなく、粘度の低下が必要な場合は必要に応じこの工程で加えればよい。もしくはこの工程以降で加えてもよい。分散媒は前述の酸化銅分散体作製時に加えたものと同じものでも、異なるもの加えてもよい。 A part of the dispersion medium is already contained in the copper oxide dispersion that has been created, so if the amount contained in the copper oxide dispersion is sufficient, there is no need to add it in this step, and it is necessary to reduce the viscosity. If necessary, you can add it at this step. Alternatively, it may be added after this step. The dispersion medium may be the same as that added when producing the copper oxide dispersion described above, or a different one may be added.
この他に必要に応じ、有機バインダ、酸化防止剤、還元剤、金属粒子、金属酸化物を加えてもよく、不純物として金属や金属酸化物、金属塩及び金属錯体を含んでもよい。 In addition, organic binders, antioxidants, reducing agents, metal particles, and metal oxides may be added as necessary, and metals, metal oxides, metal salts, and metal complexes may be included as impurities.
また、針金状、樹枝状、鱗片状銅粒子はクラック防止効果が大きいため、単独であるいは球状、サイコロ状、多面体などの銅粒子や他の金属と複数組み合わせて加えてもよく、その表面を酸化物や他の導電性のよい金属、例えば銀などで被覆してもよい。 In addition, since wire-shaped, dendritic, and scale-shaped copper particles have a strong crack prevention effect, they can be added alone or in combination with copper particles in the shape of spheres, dice, polyhedrons, or other metals, and their surfaces can be oxidized. It may be coated with gold or other highly conductive metal, such as silver.
なお、銅以外の金属粒子で、形状が針金状、樹枝状、鱗片状の一種もしくは複数を加える場合、同様な形状の銅粒子と同様にクラック防止効果を有するため、同様の形状の銅粒子の一部との置き換え、もしくは同様の形状の銅粒子に追加して使うこともできるが、マイグレーション、粒子強度、抵抗値、銅食われ、金属間化合物の形成、コストなどを考慮する必要がある。銅以外の金属粒子としてとしては、例えば、金、銀、錫、亜鉛、ニッケル、白金、ビスマス、インジウム、アンチモンを挙げることができる。 In addition, when adding one or more metal particles other than copper that have a wire-like, dendritic, or scale-like shape, they have the same crack prevention effect as copper particles with a similar shape. It can be used as a partial replacement or in addition to copper particles of a similar shape, but it is necessary to consider migration, particle strength, resistance value, copper erosion, formation of intermetallic compounds, cost, etc. Examples of metal particles other than copper include gold, silver, tin, zinc, nickel, platinum, bismuth, indium, and antimony.
金属酸化物粒子としては、酸化第一銅を酸化銀、酸化第二銅などに置き換え、もしくは追加して使うことができる。しかしながら、金属粒子の場合と同様に、マイグレーション、粒子強度、抵抗値、銅食われ、金属間化合物の形成、コストなどを考慮する必要がある。これらの金属粒子及び金属酸化物粒子の添加は、導電膜の焼結、抵抗、導体強度、光焼成の際の吸光度などの調整に用いることができる。これらの金属粒子及び金属酸化物粒子を加えても、針金状、樹枝状、鱗片状銅粒子の存在により、クラックは充分抑制される。これらの金属粒子及び金属酸化物粒子は単独でもしくは二種類以上組み合わせて用いてもよく、形状の制限は無い。例えば銀や酸化銀は、抵抗低下や焼成温度低下などの効果が期待される。 As the metal oxide particles, cuprous oxide can be replaced with silver oxide, cupric oxide, etc., or can be used in addition. However, as in the case of metal particles, it is necessary to consider migration, particle strength, resistance value, copper corrosion, formation of intermetallic compounds, cost, etc. Addition of these metal particles and metal oxide particles can be used to adjust the sintering, resistance, conductor strength, absorbance during photo-baking, etc. of the conductive film. Even if these metal particles and metal oxide particles are added, cracks are sufficiently suppressed due to the presence of wire-like, dendritic, and scale-like copper particles. These metal particles and metal oxide particles may be used alone or in combination of two or more types, and there are no restrictions on the shape. For example, silver and silver oxide are expected to have effects such as lowering resistance and lowering firing temperature.
しかしながら、銀は貴金属類でありコストがかさむことや、クラック防止の観点から、銀の添加量は、針金状、樹枝状、鱗片状銅粒子を超えない範囲が好ましい。また、錫は安価であり、また融点が低いため焼結しやすくなるという利点を有する。しかしながら、抵抗が上昇する傾向があり、クラック防止の観点からも、錫の添加量は針金状、樹枝状、鱗片状銅粒子と酸化第一銅を超えない範囲が好ましい。酸化第二銅はフラッシュランプやレーザなどの光や赤外線を用いた方法では光吸収剤、熱線吸収剤として働く。しかしながら、酸化第二銅は酸化第一銅より還元し難いこと、還元時のガス発生が多いことによる基板からの剥離を防ぐ観点から、酸化第二銅の添加量は酸化第一銅より少ない方が好ましい。 However, since silver is a noble metal and is expensive, and from the viewpoint of crack prevention, the amount of silver added is preferably within a range that does not exceed the amount of wire-like, dendritic, or flaky copper particles. Furthermore, tin has the advantage of being inexpensive and having a low melting point, making it easier to sinter. However, the resistance tends to increase, and from the viewpoint of preventing cracks, the amount of tin added is preferably within a range that does not exceed the amount of wire-like, dendritic, or scaly copper particles and cuprous oxide. Cupric oxide acts as a light absorber and heat ray absorber in methods that use light or infrared rays such as flash lamps and lasers. However, since cupric oxide is more difficult to reduce than cuprous oxide, and from the viewpoint of preventing peeling from the substrate due to the generation of a large amount of gas during reduction, the amount of cupric oxide added should be smaller than that of cuprous oxide. is preferred.
本実施の形態においては、銅以外の金属や針金状、樹枝状、鱗片状以外の銅粒子、酸化銅以外の金属酸化物を含んでいても、クラック防止効果、抵抗の経時安定性向上効果は発揮される。しかしながら、銅以外の金属や針金状、樹枝状、鱗片状以外の銅粒子、並びに酸化銅以外の金属酸化物の添加量としては針金状、樹枝状、鱗片状の銅粒子と酸化銅より少ない方が好ましい。また、針金状、樹枝状、鱗片状の銅粒子と酸化銅に対する、銅以外の金属や針金状、樹枝状、鱗片状以外の銅粒子、酸化銅以外の金属酸化物の添加割合は50%以下、より好ましくは30%以下、さらに好ましくは10%以下がよい。 In this embodiment, even if metals other than copper, copper particles other than wire-shaped, dendritic, or scale-shaped, and metal oxides other than copper oxide are included, the effect of preventing cracks and improving the stability of resistance over time is not achieved. Demonstrated. However, the amount of metals other than copper, copper particles other than wire-like, dendritic, and flake-like, and metal oxides other than copper oxide should be smaller than those of wire-like, dendritic, and flake-like copper particles and copper oxide. is preferred. Additionally, the addition ratio of metals other than copper, copper particles other than wires, dendritic, and flakes, and metal oxides other than copper oxide to wire-shaped, dendritic, and scale-shaped copper particles and copper oxide is 50% or less. , more preferably 30% or less, still more preferably 10% or less.
<導電性基板>
本実施の形態に係る導電性パターン領域付構造体の製造方法では、まず、支持体が構成する面の上に電解メッキのためのシード層としての還元銅層を備えた支持体を作成する。以下の説明では、支持体として基板を用いた場合を例に挙げて説明する。また、還元銅層を備えた基板を導電性基板と呼ぶ。
<Conductive substrate>
In the method for manufacturing a structure with a conductive pattern region according to the present embodiment, first, a support is created that includes a reduced copper layer as a seed layer for electrolytic plating on a surface of the support. In the following description, a case where a substrate is used as a support will be exemplified. Further, a substrate provided with a reduced copper layer is called a conductive substrate.
本実施の形態の導電性基板の製造方法は、本実施の形態に係る酸化銅インクを基板上に塗布して塗布層を形成する工程と、塗布層を部分的に焼成処理(後述)して基板上に還元銅層を形成する工程と、を具備する。この構成によれば、塗布層を部分的に焼成処理することにより、所望のパターンで還元銅層を形成できるため、従来のフォトレジストを用いた手法と比較し、生産性を向上させることができる。 The method for manufacturing a conductive substrate according to this embodiment includes a step of applying the copper oxide ink according to this embodiment onto a substrate to form a coating layer, and partially baking the coating layer (described later). forming a reduced copper layer on the substrate. According to this configuration, a reduced copper layer can be formed in a desired pattern by partially baking the coated layer, so productivity can be improved compared to the conventional method using photoresist. .
[導電性基板の構成]
図2に示すように、導電性基板10は、基板11と、基板11が構成する面上に、断面視において、酸化銅インクを塗布した塗布層の一部であって光線を照射していない未焼成領域12と、塗布層の一部であって光線を照射した焼成領域13と、が互いに隣接して配置された単一層14と、を具備することを特徴とする。
[Configuration of conductive substrate]
As shown in FIG. 2, the
ここで、未焼成領域12は、例えば、酸化銅インクを構成する(1)酸化銅及び(2)分散剤を含む。また、焼成領域13は、例えば、酸化銅を還元した銅、すなわち還元銅を含む。
Here, the
[基板への酸化銅インクの塗布方法]
酸化銅インクを用いた塗布方法について説明する。塗布方法としては特に制限されず、スクリーン印刷、凹版ダイレクト印刷、凹版オフセット印刷、フレキソ印刷、オフセット印刷などの印刷法やディスペンサー描画法などを用いることができる。塗布法としては、ダイコート、スピンコート、スリットコート、バーコート、ナイフコート、スプレーコート、ディツプコートなどの方法を用いることができる。
[How to apply copper oxide ink to the board]
A coating method using copper oxide ink will be explained. The coating method is not particularly limited, and printing methods such as screen printing, intaglio direct printing, intaglio offset printing, flexo printing, and offset printing, and dispenser drawing methods can be used. As the coating method, methods such as die coating, spin coating, slit coating, bar coating, knife coating, spray coating, and dip coating can be used.
[基板又は筐体]
本実施の形態で用いられる基板又は筐体は、特に限定されるものではなく、無機材料又は有機材料で構成される。また、筐体としては、3次元加工された形状であり、使用形態によって様々な形状がある。本発明によると、立体物にも配線が作製できる。
[Substrate or housing]
The substrate or casing used in this embodiment is not particularly limited, and is made of an inorganic material or an organic material. Further, the casing has a three-dimensionally processed shape, and there are various shapes depending on the form of use. According to the present invention, wiring can also be created on three-dimensional objects.
無機材料としては、例えば、ソーダライムガラス、無アルカリガラス、硼珪酸ガラス、石英ガラスなどのガラスや、アルミナなどのセラミック材料が挙げられる。 Examples of the inorganic material include glasses such as soda lime glass, alkali-free glass, borosilicate glass, and quartz glass, and ceramic materials such as alumina.
有機材料としては、高分子材料、紙、不織布などが挙げられる。高分子材料としては樹脂フィルムを用いることができ、ポリイミド(PI)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルサルフォン(PES)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエステル、ポリカーボネート(PC)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルブチラール(PVB)、ポリアセタール(POM)、ポリアリレート(PAR)、ポリアミド(PA)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリフェニレンエーテル(PPE)、変性ポリフェニレンエーテル(m-PPE)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリエーテルケトン(PEK)、ポリフタルアミド(PPA)、ポリエーテルニトリル(PEN)、ポリベンズイミダゾール(PBI)、ポリカルボジイミド、ポリシロキサン、ポリメタクリルアミド、ニトリルゴム、アクリルゴム、ポリエチレンテトラフルオライド、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ウレア樹脂、ポリメタクリル酸メチル樹脂(PMMA)、ポリブテン、ポリペンテン、エチレン-プロピレン共重合体、エチレン-ブテン-ジエン共重合体、ポリブタジエン、ポリイソプレン、エチレン-プロピレン-ジエン共重合体、ブチルゴム、ポリメチルペンテン(PMP)、ポリスチレン(PS)、スチレン-ブタジエン共重合体、ポリエチレン(PE)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、フェノールノボラック、ベンゾシクロブテン、ポリビニルフェノール、ポリクロロピレン、ポリオキシメチレン、ポリスルホン(PSF)、ポリフェニルスルホン樹脂(PPSU)、シクロオレフィンポリマー(COP)、アクリロ二トリル・ブタジエン・スチレン樹脂(ABS)、アクリロニトリル・スチレン樹脂(AS)、ナイロン樹脂(PA6、PA66)ポリブチルテレフタレート樹脂(PBT)ポリエーテルスルホン樹脂(PESU)、ポリテトラフルオロエチレン樹脂(PTFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、及びシリコーン樹脂などを挙げることができる。特に、PI、PET及びPENは、フレキシブル性、コストの観点から好ましい。基板の厚さは、例えば1μm~10mmとすることができ、好ましくは25μm~250μmである。基板の厚さが250μm以下であれば、作製される電子デバイスを、軽量化、省スペース化、及びフレキシブル化できるため好ましい。 Examples of organic materials include polymer materials, paper, nonwoven fabrics, and the like. Resin films can be used as polymeric materials, such as polyimide (PI), polyethylene terephthalate (PET), polyether sulfone (PES), polyethylene naphthalate (PEN), polyester, polycarbonate (PC), polyvinyl alcohol (PVA), etc. ), polyvinyl butyral (PVB), polyacetal (POM), polyarylate (PAR), polyamide (PA), polyamideimide (PAI), polyetherimide (PEI), polyphenylene ether (PPE), modified polyphenylene ether (m-PPE) ), polyphenylene sulfide (PPS), polyetherketone (PEK), polyphthalamide (PPA), polyethernitrile (PEN), polybenzimidazole (PBI), polycarbodiimide, polysiloxane, polymethacrylamide, nitrile rubber, acrylic Rubber, polyethylene tetrafluoride, epoxy resin, phenolic resin, melamine resin, urea resin, polymethyl methacrylate resin (PMMA), polybutene, polypentene, ethylene-propylene copolymer, ethylene-butene-diene copolymer, polybutadiene, Polyisoprene, ethylene-propylene-diene copolymer, butyl rubber, polymethylpentene (PMP), polystyrene (PS), styrene-butadiene copolymer, polyethylene (PE), polyvinyl chloride (PVC), polyvinylidene fluoride (PVDF) ), polyetheretherketone (PEEK), phenol novolak, benzocyclobutene, polyvinylphenol, polychloropyrene, polyoxymethylene, polysulfone (PSF), polyphenylsulfone resin (PPSU), cycloolefin polymer (COP), acrylonitrile・Butadiene styrene resin (ABS), acrylonitrile styrene resin (AS), nylon resin (PA6, PA66) polybutyl terephthalate resin (PBT) polyether sulfone resin (PESU), polytetrafluoroethylene resin (PTFE), polychloro Examples include trifluoroethylene (PCTFE) and silicone resin. In particular, PI, PET, and PEN are preferable from the viewpoint of flexibility and cost. The thickness of the substrate can be, for example, 1 μm to 10 mm, preferably 25 μm to 250 μm. If the thickness of the substrate is 250 μm or less, it is preferable because the manufactured electronic device can be made lighter, space-saving, and flexible.
紙としては、一般的なパルプを原料とした上質紙、中質紙、コート紙、ボール紙、段ボールなどの洋紙やセルロースナノファイバーを原料としたものが挙げられる。紙の場合は高分子材料を溶解したもの、もしくはゾルゲル材料などを含浸硬化させたものを使うことができる。また、これらの材料はラミネートするなど貼り合わせて使用してもよい。例えば、紙フェノール基材、紙エポキシ基材、ガラスコンポジット基材、ガラスエポキシ基材などの複合基材、テフロン(登録商標)基材、アルミナ基材、低温低湿同時焼成セラミックス(LTCC)、シリコンウェハなどが挙げられる。 Examples of paper include paper made from ordinary pulp such as high-quality paper, medium-quality paper, coated paper, cardboard, and corrugated paper, and paper made from cellulose nanofiber. In the case of paper, it is possible to use one in which a polymeric material is dissolved, or one in which a sol-gel material is impregnated and hardened. Further, these materials may be laminated together or used together. For example, composite substrates such as paper phenol base material, paper epoxy base material, glass composite base material, glass epoxy base material, Teflon (registered trademark) base material, alumina base material, low temperature and low humidity co-fired ceramics (LTCC), silicon wafer Examples include.
[酸化銅を含む塗布層]
塗布層は、例えば、酸化銅及び分散剤並びにヒドラジンを含む。還元剤としてのヒドラジンを用いることで、焼成処理において、酸化銅の還元に寄与し、より抵抗の低い還元銅層を作製することができる。
[Coating layer containing copper oxide]
The coating layer includes, for example, copper oxide, a dispersant, and hydrazine. By using hydrazine as a reducing agent, it contributes to the reduction of copper oxide in the firing process, and a reduced copper layer with lower resistance can be produced.
塗布層としての酸化銅インクに含まれる還元剤の質量比率(還元剤質量/酸化銅質量)は、0.0001以上0.1以下が好ましく、より好ましくは0.0001以上0.05以下、さらに好ましくは0.0001以上0.03である。還元剤の質量比率は、0.0001以上だと分散安定性が向上し、かつ還元銅層の抵抗が低下する。また、0.1以下だと酸化銅インクの長期安定性が向上する。 The mass ratio of the reducing agent contained in the copper oxide ink as a coating layer (reducing agent mass/copper oxide mass) is preferably 0.0001 or more and 0.1 or less, more preferably 0.0001 or more and 0.05 or less, and Preferably it is 0.0001 or more and 0.03. When the mass ratio of the reducing agent is 0.0001 or more, the dispersion stability is improved and the resistance of the reduced copper layer is reduced. Moreover, when it is 0.1 or less, the long-term stability of the copper oxide ink is improved.
塗布層中での酸化第一銅を含む微粒子の平均粒子径は、3nm以上、50nm以下、さらに好ましくは5nm以上40nm以下、もっとも好ましくは10nm以上、30nm以下である。平均粒子径が50nm以下だと基板上に微細パターンを形成し易い傾向があるので好ましい。平均粒子径が3nm以上であれば、分散体の長期保管安定性が向上するため好ましい。 The average particle diameter of the fine particles containing cuprous oxide in the coating layer is 3 nm or more and 50 nm or less, more preferably 5 nm or more and 40 nm or less, and most preferably 10 nm or more and 30 nm or less. It is preferable that the average particle diameter is 50 nm or less because it tends to easily form a fine pattern on the substrate. It is preferable that the average particle diameter is 3 nm or more because the long-term storage stability of the dispersion is improved.
分散剤の必要量は、酸化銅の量に比例し、要求される分散安定性を考慮し調整する。本実施の形態の酸化銅インクに含まれる分散剤の質量比率(分散剤質量/酸化銅質量)は、0.0050以上0.30以下であり、好ましくは0.050以上0.25以下であり、より好ましくは0.10以上0.23である。分散剤の量は分散安定性に影響し、量が少ないと凝集しやすく、多いと分散安定性が向上する傾向がある。但し、本実施の形態の酸化銅インクにおける分散剤の含有率を35質量%以下にすると、焼成して得られる導電膜において分散剤由来の残渣の影響を抑え、導電性を向上できる。 The required amount of the dispersant is proportional to the amount of copper oxide, and is adjusted in consideration of the required dispersion stability. The mass ratio of the dispersant (dispersant mass/copper oxide mass) contained in the copper oxide ink of this embodiment is 0.0050 or more and 0.30 or less, preferably 0.050 or more and 0.25 or less. , more preferably 0.10 or more and 0.23. The amount of dispersant affects dispersion stability; when the amount is small, agglomeration tends to occur, and when the amount is large, dispersion stability tends to improve. However, when the content of the dispersant in the copper oxide ink of this embodiment is 35% by mass or less, the influence of the residue derived from the dispersant can be suppressed in the conductive film obtained by firing, and the conductivity can be improved.
分散剤の酸価(mgKOH/g)は20以上、130以下が好ましい。より好ましくは30以上、100以下が好ましい。この範囲に入ると分散安定性に優れるため好ましい。特に平均粒子径が小さい酸化銅の場合に有効である。 The acid value (mgKOH/g) of the dispersant is preferably 20 or more and 130 or less. More preferably, it is 30 or more and 100 or less. If it falls within this range, it is preferable because it provides excellent dispersion stability. This is particularly effective in the case of copper oxide having a small average particle size.
塗布層の層厚は、ボイドがなく、かつ、均一な還元銅層を形成できるため、1nm以上、10μm以下が好ましく、100nm以上、5μm以下がより好ましく、200nm以上、1μm以下であることがさらに好ましい。 The thickness of the coating layer is preferably 1 nm or more and 10 μm or less, more preferably 100 nm or more and 5 μm or less, and even more preferably 200 nm or more and 1 μm or less, since there are no voids and a uniform reduced copper layer can be formed. preferable.
[焼成処理]
本実施の形態では、塗布層における酸化銅の微粒子を還元して銅を生成させ、これらの自体の融着及び一体化、並びに、酸化銅インクに加えられている銅粒子との融着及び一体化により導電膜(還元銅層)を形成する。この工程を焼成処理と呼ぶ。
[Firing treatment]
In this embodiment, fine particles of copper oxide in the coating layer are reduced to produce copper, and these particles are fused and integrated with themselves, and with copper particles added to the copper oxide ink. A conductive film (reduced copper layer) is formed by oxidation. This process is called firing treatment.
本実施の形態における焼成処理は、光線を塗布層に選択的に照射することにより行うことができる。光線の選択的な照射は、例えば、フラッシュランプ又はレーザを単独もしくは組み合わせて用いた光焼成法で行ってもよい。 The baking treatment in this embodiment can be performed by selectively irradiating the coating layer with light. Selective irradiation with a light beam may be performed, for example, by a photobaking method using a flash lamp or a laser alone or in combination.
[光焼成法]
光焼成法は、光源としてキセノンなどの放電管を用いたフラッシュ光方式やレーザ光方式が適用可能である。これらの方法は強度の大きい光を短時間露光し、基板上に塗布した酸化銅インクを短時間で高温に上昇させ焼成する方法で、酸化銅の還元、銅粒子の焼結、これらの一体化、及び有機成分の分解を行い、導電膜を形成する方法である。焼成時間がごく短時間であるため基板へのダメージが少ない方法で、耐熱性の低い樹脂フィルム基板への適用が可能である。
[Light firing method]
For the photo-baking method, a flash light method using a discharge tube of xenon or the like as a light source or a laser light method can be applied. These methods expose copper oxide ink coated on a substrate to a high temperature for a short period of time by exposing it to high-intensity light for a short period of time, and then baking it.This process reduces copper oxide, sinters copper particles, and integrates them. , and a method of forming a conductive film by decomposing an organic component. Since the firing time is extremely short, this method causes less damage to the substrate and can be applied to resin film substrates with low heat resistance.
フラッシュ光方式とは、キセノン放電管を用い、コンデンサに蓄えられた電荷を瞬時に放電する方式で、大光量のパルス光を発生させ、基板上に形成された酸化銅インクに照射することにより酸化銅を瞬時に高温に加熱し、導電膜に変化させる方法である。露光量は、光強度、発光時間、光照射間隔、回数で調整可能であり基板の光透過性が大きければ、耐熱性の低い樹脂基板、例えば、PET、PENや紙などへも、酸化銅インクによる導電性パターン領域の形成が可能となる。 The flash light method uses a xenon discharge tube to instantly discharge the charge stored in a capacitor. It generates a large amount of pulsed light and irradiates it onto the copper oxide ink formed on the substrate, causing oxidation. This method instantly heats copper to a high temperature and transforms it into a conductive film. The exposure amount can be adjusted by the light intensity, emission time, light irradiation interval, and number of times.If the substrate has high light transmittance, copper oxide ink can be used even on resin substrates with low heat resistance, such as PET, PEN, and paper. It becomes possible to form a conductive pattern region by
発光光源は異なるが、レーザ光源を用いても同様な効果が得られる。レーザの場合は、フラッシュ光方式の調整項目に加え、波長選択の自由度があり、パターンを形成した酸化銅インクの光吸収波長や基板の吸収波長を考慮し選択することも可能である。またビームスキャンによる露光が可能であり、基板全面への露光、もしくは部分露光の選択など、露光範囲の調整が容易であるといった特徴がある。レーザの種類としては、YAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)、YVO(イットリウムバナデイト)、Yb(イッテルビウム)、半導体レーザ(GaAs、GaAlAs、GaInAs)、炭酸ガスなどを用いることができ、基本波だけでなく必要に応じ高調波を取り出して使用してもよい。 Although the light emitting source is different, similar effects can be obtained by using a laser light source. In the case of a laser, in addition to the adjustment items of the flash light method, there is a degree of freedom in wavelength selection, and it is also possible to make a selection in consideration of the light absorption wavelength of the copper oxide ink on which the pattern is formed and the absorption wavelength of the substrate. Furthermore, exposure can be performed by beam scanning, and the exposure range can be easily adjusted by selecting exposure to the entire surface of the substrate or partial exposure. Types of lasers that can be used include YAG (yttrium aluminum garnet), YVO (yttrium vanadate), Yb (ytterbium), semiconductor lasers (GaAs, GaAlAs, GaInAs), and carbon dioxide gas. Instead, harmonics may be extracted and used as necessary.
特に、レーザ光を用いる場合、その中心波長は、300nm以上1500nm以下が好ましい。例えば、中心波長が、355nm以上532nm以下であると、酸化銅を含む塗布膜が吸収する領域であるため、好ましい。基板や筐体が樹脂の場合、特に好ましくは、中心波長が、355nm、405nm、445nm、450nm、532nmのレーザ波長である。 In particular, when using a laser beam, the center wavelength thereof is preferably 300 nm or more and 1500 nm or less. For example, it is preferable that the center wavelength is 355 nm or more and 532 nm or less because this is a region where a coating film containing copper oxide absorbs. When the substrate or the casing is made of resin, particularly preferably the center wavelength is a laser wavelength of 355 nm, 405 nm, 445 nm, 450 nm, or 532 nm.
また、レーザ光の発振モードは連続波発振(Continuous Wave:CW))であっても、パルス発振であっても良く、適宜選択することが出来る。パルス発振を選択する際は、パルス幅が1~100ナノ秒であることが好ましく、5~80ナノ秒であることがより好ましく、10~50ナノ秒であることがさらに好ましい。この範囲を選択することで、塗布膜がアブレーションすることなく適切に焼成を行うことが出来る。 Further, the oscillation mode of the laser beam may be continuous wave oscillation (CW) or pulse oscillation, and can be selected as appropriate. When selecting pulse oscillation, the pulse width is preferably 1 to 100 nanoseconds, more preferably 5 to 80 nanoseconds, and even more preferably 10 to 50 nanoseconds. By selecting this range, baking can be performed appropriately without ablating the coating film.
酸化銅を含む塗布層にレーザを照射して得られる還元銅の厚みは、均一な還元銅層を形成し、めっき処理を好適に行うことができるため、1nm以上、10μm以下が好ましく、10nm以上、5μm以下がより好ましく、50nm以上、3μm以下であることがさらに好ましい。 The thickness of the reduced copper obtained by irradiating the coating layer containing copper oxide with a laser is preferably 1 nm or more and 10 μm or less, and 10 nm or more, since a uniform reduced copper layer can be formed and plating can be performed suitably. , more preferably 5 μm or less, and even more preferably 50 nm or more and 3 μm or less.
光線の選択的な照射は、塗布層の一部の領域に光線を照射することをいう。光線の選択的な照射は、例えば、フラッシュ光方式及びレーザ光方式においてマスクを介して光線を塗布層に照射すること、及び、レーザ光方式においてビームスキャンにより塗布層に所望のパターンを直接描画することにより行うことができる。 Selective irradiation with light beams refers to irradiating some areas of the coating layer with light beams. Selective irradiation with a light beam can be achieved, for example, by irradiating the coated layer with a light beam through a mask in a flash light method or a laser light method, or by directly drawing a desired pattern on the coated layer by beam scanning in a laser light method. This can be done by
本実施の形態における焼成処理は、支持体が構成する面(下地)が平面でなくてもよい。例えば、支持体が3次元の筐体でも適用できる。 In the firing process in this embodiment, the surface (base) of the support does not need to be flat. For example, the present invention can be applied to a case in which the support is three-dimensional.
図3を参照して、本実施の形態に係る導電性基板の製造方法について、より具体的に説明する。図3中(a)において、水、プロピレングリコール(PG)の混合溶媒中に酢酸銅を溶かし、ヒドラジンを加えて攪拌する。 With reference to FIG. 3, the method for manufacturing a conductive substrate according to this embodiment will be described in more detail. In FIG. 3(a), copper acetate is dissolved in a mixed solvent of water and propylene glycol (PG), hydrazine is added, and the mixture is stirred.
次に、図3中(b)、(c)において、遠心分離で上澄みと沈殿物に分離した。次に、図3中(d)において、得られた沈殿物に、分散剤としてリン含有有機物及びアルコールを加え、分散する。 Next, in FIGS. 3(b) and 3(c), the supernatant and the precipitate were separated by centrifugation. Next, in FIG. 3(d), a phosphorus-containing organic substance and alcohol are added as a dispersant to the obtained precipitate and dispersed.
次いで、図3中(e)、(f)において、UF膜モジュールによる濃縮及び希釈を繰り返し、溶媒を置換し、酸化銅を含有する分散体I(酸化銅インク)を得る。 Next, in (e) and (f) of FIG. 3, concentration and dilution using the UF membrane module are repeated, the solvent is replaced, and a dispersion I (copper oxide ink) containing copper oxide is obtained.
図3中(g)、(h)において、分散体Iをスプレーコート法により例えばPET製の基板(図3(h)中、「PET」と記載する)上に塗布し、酸化銅及びリン含有有機物を含む塗布層(図3(h)中、「Cu2O」と記載する)を形成する。 In FIGS. 3(g) and (h), dispersion I is applied onto a PET substrate (indicated as "PET" in FIG. 3(h)) by a spray coating method, and the dispersion I is coated with copper oxide and phosphorus. A coating layer (indicated as "Cu 2 O" in FIG. 3(h)) containing an organic substance is formed.
次に、図3中(i)において、塗布層に対して選択的な光照射を行い、塗布層の一部を選択的に焼成し、酸化銅を銅(図3(i)中、「Cu」と記載する)に還元する。この結果、図3中(j)において、基板上に、酸化銅及びリン含有有機物を含む絶縁領域(図3(j)中、「A」と記載する)と、銅を含む還元銅層(図3(j)中、「B」と記載する)と、が互いに隣接して配置された単一層が形成された導電性基板10(図2参照)が得られる。 Next, in FIG. 3(i), the coating layer is selectively irradiated with light, a part of the coating layer is selectively fired, and copper oxide is converted into copper ("Cu" in FIG. 3(i)). ”). As a result, in FIG. 3(j), an insulating region containing copper oxide and phosphorus-containing organic matter (denoted as "A" in FIG. 3(j)) and a reduced copper layer containing copper (denoted as "A" in FIG. 3(j)) are formed on the substrate. A conductive substrate 10 (see FIG. 2) is obtained in which a single layer is formed in which 3(j) and 3(j) are arranged adjacent to each other (denoted as "B").
[未焼成領域の除去]
図2に示す未焼成領域12は、適切な洗浄液を用いて除去してもよい。この場合、基板11の上に焼成領域13だけが残された導電性基板が得られる。
[Removal of unfired area]
The
[樹脂層]
本実施の形態においては、塗布層上に樹脂層を配置した後、光線を、樹脂層を透過させて塗布層に照射してもよい。すなわち、図2に示す導電性基板10において、単一層14の表面を覆うようにして樹脂層が配置されていてもよい。
[Resin layer]
In this embodiment, after the resin layer is disposed on the coating layer, the coating layer may be irradiated with light by passing through the resin layer. That is, in the
(酸素バリア層)
樹脂層の一例は、酸素バリア層である。酸素バリア層は、光照射の際に塗布層が酸素に触れるのを防止し、酸化銅の還元を促進できる。これにより、光照射のときに塗布層の周囲を無酸素又は低酸素雰囲気にする、例えば、真空雰囲気又は不活性ガス雰囲気のための設備が不要になり、製造コストを削減できる。
(oxygen barrier layer)
An example of the resin layer is an oxygen barrier layer. The oxygen barrier layer can prevent the coating layer from coming into contact with oxygen during light irradiation and can promote the reduction of copper oxide. This eliminates the need for equipment for creating an oxygen-free or low-oxygen atmosphere around the coating layer during light irradiation, for example, a vacuum atmosphere or an inert gas atmosphere, and can reduce manufacturing costs.
また、酸素バリア層は、光照射の熱等によって焼成領域13が剥離又は飛散するのを防止できる。これにより、導電性基板10を歩留まりよく製造できる。
Further, the oxygen barrier layer can prevent the
酸素バリア層は、焼成処理の後に剥離されてもよい。その場合、その後未焼成領域12が上述のように除去される。
The oxygen barrier layer may be peeled off after the baking process. In that case, the
(封止材層)
樹脂層の他の例は、封止材層である。封止材層は、酸素バリア層を除去した後に新たに配置される。
(Encapsulant layer)
Another example of the resin layer is a sealant layer. The encapsulant layer is newly placed after removing the oxygen barrier layer.
酸素バリア層は、主に製造時に重要な働きをする。これに対して、封止材層は、製造後の完成品(導電性パターン領域付構造体そのもの及びそれを含む製品)において、導電性パターン領域を外部からのストレスから保護し、導電性パターン領域付構造体の長期安定性を向上することができる。 The oxygen barrier layer plays an important role mainly during manufacturing. On the other hand, the encapsulant layer protects the conductive pattern area from external stress in the finished product after manufacturing (the structure itself with a conductive pattern area and a product including the same), and protects the conductive pattern area from external stress. The long-term stability of the attached structure can be improved.
この場合、樹脂層の一例である封止材層は、透湿度が1.0g/m2/day以下であることが好ましい。これは、長期安定性を確保するものであって、透湿度を十分低くすることで、封止材層の外部からの水分の混入を防ぎ、導電性パターン領域の酸化を抑制するためである。 In this case, the sealing material layer, which is an example of the resin layer, preferably has a moisture permeability of 1.0 g/m 2 /day or less. This is to ensure long-term stability, and by making the moisture permeability sufficiently low, it is possible to prevent moisture from entering the sealing material layer from outside and to suppress oxidation of the conductive pattern region.
封止材層は、酸素バリア層を剥離した後に、導電性パターン領域付構造体に機能を与える機能層の一例であり、これ以外にも、導電性パターン領域付構造体を取り扱った際の耐傷性を持たせたり、外界からの汚染から守るために防汚性を持たせたり、強靭な樹脂を用いることで導電性パターン領域付構造体に剛性を持たせることもできる。 The encapsulant layer is an example of a functional layer that provides a function to the structure with a conductive pattern area after the oxygen barrier layer is peeled off. It is also possible to give the structure with conductive pattern regions rigidity by giving it antifouling properties to protect it from contamination from the outside world, and by using a strong resin.
<無電解メッキ>
上述のようにして得られた導電性基板の還元銅層上に、還元銅を触媒とした無電解メッキを施し、所望の層厚にメッキ銅層を配置し、還元銅層及びメッキ銅層で構成された導電性パターンを得る。この結果、導電性パターン領域付構造体を製造することができる。
<Electroless plating>
Electroless plating using reduced copper as a catalyst is performed on the reduced copper layer of the conductive substrate obtained as described above, a plated copper layer is arranged to a desired thickness, and the reduced copper layer and plated copper layer are A structured conductive pattern is obtained. As a result, a structure with a conductive pattern region can be manufactured.
無電解メッキには、一般的な無電解メッキ法を適用することができる。例えば、無電解メッキ法では、無電解メッキ液に含まれるホルムアルデヒドなどの還元剤が触媒表面で酸化するときに放出される電子によって銅イオンが還元析出され、銅皮膜が形成される。本実施の形態においては、前述の還元銅が触媒として作用するため、還元銅の表面に銅が析出し、メッキ銅層が形成される。 A general electroless plating method can be applied to the electroless plating. For example, in the electroless plating method, copper ions are reduced and precipitated by electrons released when a reducing agent such as formaldehyde contained in the electroless plating solution is oxidized on the catalyst surface, thereby forming a copper film. In this embodiment, since the aforementioned reduced copper acts as a catalyst, copper is deposited on the surface of the reduced copper, forming a plated copper layer.
一方、通常産業的に用いられる無電解メッキ法によれば、樹脂などの基材表面にパラジウム触媒を配位させ、無電解メッキ液に含まれるホルムアルデヒドなどの還元剤がパラジウム触媒表面で酸化するときに放出される電子によって銅イオンが還元析出され、銅皮膜が形成される。この方法に依れば、高額なパラジウム触媒を基材表面に配位させる必要が生じてしまう。 On the other hand, according to the electroless plating method that is usually used industrially, a palladium catalyst is coordinated on the surface of a base material such as a resin, and when a reducing agent such as formaldehyde contained in the electroless plating solution is oxidized on the surface of the palladium catalyst. Copper ions are reduced and precipitated by the electrons emitted to form a copper film. According to this method, it becomes necessary to coordinate an expensive palladium catalyst on the surface of the substrate.
本実施の形態に置いては、還元銅が触媒として作用するため、支持体に高額なパラジウム触媒を配位させる必要がない。 In this embodiment, since reduced copper acts as a catalyst, there is no need to coordinate an expensive palladium catalyst to the support.
<電解メッキ>
上述のようにして得られた導電性基板の還元銅層上に電解メッキを施し、所望の層厚にメッキ銅層を配置し、還元銅層及びメッキ銅層で構成された導電性パターンを得る。この結果、導電性パターン領域付構造体を製造することができる。
<Electrolytic plating>
Electroplating is performed on the reduced copper layer of the conductive substrate obtained as described above, and the plated copper layer is arranged to a desired thickness to obtain a conductive pattern composed of the reduced copper layer and the plated copper layer. . As a result, a structure with a conductive pattern region can be manufactured.
電解メッキには、一般的な電解メッキ法を適用することができる。例えば、電解メッキ法では、銅イオンを含む溶液(メッキ浴)中に、一方に電極を入れ、他方にメッキを施す対象である導電性基板を入れる。そして、外部直流電源から直流を電極及び導電性基板の間に印加する。本実施の形態においては、導電性基板上の還元銅層に、外部直流電源の一方の電極に接続された、例えば、クリップのような治具を接続することで、還元銅層に電流を印加する。この結果、導電性基板上の還元銅層の界面に銅イオンが還元され、銅が析出し、メッキ銅層が形成される。 A general electrolytic plating method can be applied to electrolytic plating. For example, in the electrolytic plating method, an electrode is placed on one side and a conductive substrate to be plated is placed on the other side in a solution (plating bath) containing copper ions. Then, direct current is applied between the electrode and the conductive substrate from an external direct current power source. In this embodiment, a current is applied to the reduced copper layer on the conductive substrate by connecting a jig, such as a clip, connected to one electrode of an external DC power source. do. As a result, copper ions are reduced at the interface of the reduced copper layer on the conductive substrate, copper is deposited, and a plated copper layer is formed.
メッキ銅層の層厚は、必要な電流を流すことが可能であるため、1μm以上50μm以下であることが好ましい。 The thickness of the plated copper layer is preferably 1 μm or more and 50 μm or less so that the necessary current can flow.
<導電性パターン領域付構造体>
図4は、本実施の形態に係る導電性パターン領域付構造体を示す断面模式図である。図4に示すように、導電性パターン領域付構造体20は、支持体の一例である基板11、及び、基板11が構成する面上に配置された、還元銅層である上述の焼成領域13と、焼成領域13上に、還元銅を触媒とした無電解メッキ、または電解メッキにより配置されたメッキ銅層21とで構成された導電性パターン領域22を具備する。
<Structure with conductive pattern area>
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a structure with a conductive pattern region according to this embodiment. As shown in FIG. 4, the
以下、実施例及び比較例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例及び比較例に限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to these Examples and Comparative Examples.
[ヒドラジン定量方法]
標準添加法によりヒドラジンの定量を行った。
[Hydrazine quantitative method]
Hydrazine was determined by the standard addition method.
サンプル(銅ナノインク)50μLに、ヒドラジン33μg、サロゲート物質(ヒドラジン15N2H4)33μg、ベンズアルデヒド1%アセトニトリル溶液1mlを加えた。最後にリン酸20μLを加え、4時間後、GC/MS測定を行った。 To 50 μL of the sample (copper nanoink) were added 33 μg of hydrazine, 33 μg of a surrogate substance (hydrazine 15 N 2 H 4 ), and 1 ml of a 1% benzaldehyde acetonitrile solution. Finally, 20 μL of phosphoric acid was added, and 4 hours later, GC/MS measurement was performed.
同じく、サンプル(銅ナノインク)50μLに、ヒドラジン66μg、サロゲート物質(ヒドラジン15N2H4)33μg、ベンズアルデヒド1%アセトニトリル溶液1mlを加えた。最後にリン酸20μLを加え、4時間後、GC/MS測定を行った。 Similarly, 66 μg of hydrazine, 33 μg of a surrogate substance (hydrazine 15 N 2 H 4 ), and 1 ml of a 1% benzaldehyde acetonitrile solution were added to 50 μL of the sample (copper nanoink). Finally, 20 μL of phosphoric acid was added, and 4 hours later, GC/MS measurement was performed.
同じく、サンプル(銅ナノインク)50μLに、ヒドラジン133μg、サロゲート物質(ヒドラジン15N2H4)33μg、ベンズアルデヒド1%アセトニトリル溶液1mlを加えた。最後にリン酸20μLを加え、4時間後、GC/MS測定を行った。 Similarly, 133 μg of hydrazine, 33 μg of a surrogate substance (hydrazine 15 N 2 H 4 ), and 1 ml of a 1% benzaldehyde acetonitrile solution were added to 50 μL of the sample (copper nanoink). Finally, 20 μL of phosphoric acid was added, and 4 hours later, GC/MS measurement was performed.
最後に、サンプル(銅ナノインク)50μLに、ヒドラジンを加えず、サロゲート物質(ヒドラジン15N2H4)33μg、ベンズアルデヒド1%アセトニトリル溶液1mlを加え、最後にリン酸20μLを加え、4時間後、GC/MS測定を行った。 Finally, 33 μg of a surrogate substance (hydrazine 15 N 2 H 4 ) and 1 ml of benzaldehyde 1% acetonitrile solution were added to 50 μL of the sample (copper nanoink) without adding hydrazine, and finally 20 μL of phosphoric acid was added. After 4 hours, GC /MS measurement was performed.
上記4点のGC/MS測定からm/z=207のクロマトグラムラムよりヒドラジンのピーク面積値を得た。次にm/z=209のマスクロマトグラムよりサロゲートのピーク面積値を得た。x軸に、添加したヒドラジンの重量/添加したサロゲート物質の重量、y軸に、ヒドラジンのピーク面積値/サロゲート物質のピーク面積値をとり、標準添加法による検量線を得た。 The peak area value of hydrazine was obtained from the chromatogram at m/z=207 from the GC/MS measurements at the four points above. Next, the peak area value of the surrogate was obtained from the mass chromatogram at m/z=209. The weight of added hydrazine/weight of added surrogate substance was plotted on the x-axis, and the peak area value of hydrazine/peak area value of the surrogate substance was plotted on the y-axis, to obtain a calibration curve using the standard addition method.
検量線から得られたY切片の値を、添加したヒドラジンの重量/添加したサロゲート物質の重量で除しヒドラジンの重量を得た。 The Y-intercept value obtained from the calibration curve was divided by the weight of added hydrazine/weight of added surrogate substance to obtain the weight of hydrazine.
[粒子径測定]
分散体の平均粒子径は大塚電子製FPAR-1000を用いてキュムラント法によって測定した。
[Particle size measurement]
The average particle diameter of the dispersion was measured by the cumulant method using FPAR-1000 manufactured by Otsuka Electronics.
(実施例1)
蒸留水(共栄製薬株式会社製)7560g、1,2-プロピレングリコール(関東化学株式会社製)3494gの混合溶媒中に酢酸銅(II)一水和物(関東化学株式会社製)806gを溶かし、外部温調器によって液温を-5℃にした。ヒドラジン一水和物(東京化成工業株式会社製)235g(製)を20分間かけて加え、30分間攪拌した後、外部温調器によって液温を25℃にし、90分間攪拌した。攪拌後、遠心分離で上澄みと沈殿物に分離した。得られた沈殿物390gに、DISPERBYK-145(ビッグケミー製)13.7g(分散剤含有量4g)、サーフロンS611(セイミケミカル製)54.6g、及びエタノール(関東化学株式会社製)907gを加え、窒素雰囲気下でホモジナイザーを用いて分散し酸化第一銅分散液1365gを得た。
(Example 1)
Dissolve 806 g of copper (II) acetate monohydrate (manufactured by Kanto Kagaku Co., Ltd.) in a mixed solvent of 7560 g of distilled water (manufactured by Kyoei Pharmaceutical Co., Ltd.) and 3494 g of 1,2-propylene glycol (manufactured by Kanto Kagaku Co., Ltd.), The liquid temperature was brought to -5°C using an external temperature controller. 235 g of hydrazine monohydrate (manufactured by Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd.) was added over 20 minutes, and after stirring for 30 minutes, the liquid temperature was brought to 25° C. using an external temperature controller and stirred for 90 minutes. After stirring, the mixture was separated into a supernatant and a precipitate by centrifugation. To 390 g of the obtained precipitate, 13.7 g of DISPERBYK-145 (manufactured by Big Chemie) (dispersant content 4 g), 54.6 g of Surflon S611 (manufactured by Seimi Chemical), and 907 g of ethanol (manufactured by Kanto Kagaku Co., Ltd.) were added. Dispersion was performed using a homogenizer under a nitrogen atmosphere to obtain 1365 g of a cuprous oxide dispersion.
分散液は良好に分散されていた。酸化第一銅の含有量は20gであり、粒子径は21nmであった。ヒドラジン量は3000ppmであった。 The dispersion was well dispersed. The content of cuprous oxide was 20 g, and the particle size was 21 nm. The amount of hydrazine was 3000 ppm.
得られた分散液を、ポリイミドフィルム(東レ・デュポン社製、カプトン500H、厚み125μm)にスピンコート法によって塗布し、40℃のオーブンで2時間保持して塗膜内の溶媒を揮発させて試料1を得た。得られた試料1の塗膜厚は10μmであった。 The obtained dispersion was applied to a polyimide film (manufactured by DuPont Toray, Kapton 500H, thickness 125 μm) by a spin coating method, and kept in an oven at 40°C for 2 hours to volatilize the solvent in the coating film. I got 1. The coating thickness of the obtained sample 1 was 10 μm.
ガスバノスキャナを用いて、最大速度300mm/秒で焦点位置を動かしながらレーザ光(中心波長445nm、出力1.2W、連続波発振(Continuous Wave:CW))を、試料1の塗布層に照射することで、所望とする25mm×1mmの寸法の銅を含む導電性パターン領域を得た。レーザ光を照射しなかった領域には塗膜が残っていた。 Using a gas vane scanner, irradiate the coating layer of sample 1 with laser light (center wavelength 445 nm, output 1.2 W, continuous wave (CW)) while moving the focal position at a maximum speed of 300 mm/sec. In this way, a conductive pattern area containing copper with the desired dimensions of 25 mm x 1 mm was obtained. A coating film remained in areas that were not irradiated with laser light.
導電性パターン領域の抵抗値を4端子測定法によって測定したところ、15μΩcmであった。 The resistance value of the conductive pattern region was measured by a four-terminal measurement method and was found to be 15 μΩcm.
次に、導電性パターン領域が形成された試料1に電解メッキ処理を施すことによって、導電性パターン領域の上に銅を積層した。電解メッキ処理液は、ENTHONE社製硫酸銅メッキ液SC-50を用い、電流値0.1Aを10分間流して処理した。積層された銅の厚みは約10μmであった。 Next, copper was laminated on the conductive pattern region by subjecting Sample 1 on which the conductive pattern region was formed to electrolytic plating treatment. As the electrolytic plating solution, a copper sulfate plating solution SC-50 manufactured by ENTHONE was used, and a current of 0.1 A was applied for 10 minutes. The thickness of the laminated copper was about 10 μm.
積層された銅の抵抗値を4端子測定法によって測定したところ、3.8μΩcmであった。電気回路を形成するのに十分低い抵抗値であることが示された。 The resistance value of the laminated copper was measured by a four-terminal measurement method and was found to be 3.8 μΩcm. The resistance was shown to be low enough to form an electrical circuit.
(実施例2)
電解メッキ処理の電流値を0.3Aにすること以外は実施例1と同様の操作を施すことで、電解メッキ処理によって導電性パターン領域の上に銅を積層した。積層された銅の厚みは約50μmであった。
(Example 2)
Copper was laminated on the conductive pattern region by electrolytic plating by performing the same operation as in Example 1 except that the current value of electrolytic plating was set to 0.3 A. The thickness of the laminated copper was about 50 μm.
積層された銅の抵抗値を4端子測定法によって測定したところ、4μΩcmであった。電気回路を形成するのに十分低い抵抗値であることが示された。 The resistance value of the laminated copper was measured by a four-terminal measurement method and was found to be 4 μΩcm. The resistance was shown to be low enough to form an electrical circuit.
(実施例3)
実施例1に記載の操作を施すことによって試料1を得た後に、塗膜の上に樹脂層としてPETフィルムを、アクリル微粘着層を介して配置したこと以外は、実施例1のレーザ光照射と同様の操作を施すことによって、レーザ光を樹脂層を透過させて照射し、所望とする25mm×1mmの寸法の銅を含む導電性パターン領域を得た。その後、アクリル微粘着層を剥離し、実施例1と同様の操作を施すことで、電解メッキ処理によって導電性パターン領域の上に銅を積層した。積層された銅の厚みは約10μmであった。
(Example 3)
After obtaining Sample 1 by performing the operations described in Example 1, a PET film was placed as a resin layer on the coating film with an acrylic slightly adhesive layer interposed therebetween. By carrying out the same operation as above, a laser beam was transmitted through the resin layer and irradiated to obtain a conductive pattern area containing copper having the desired dimensions of 25 mm x 1 mm. Thereafter, the acrylic slightly adhesive layer was peeled off, and the same operation as in Example 1 was performed to laminate copper on the conductive pattern area by electrolytic plating. The thickness of the laminated copper was about 10 μm.
積層された銅の抵抗値を4端子測定法によって測定したところ、3.8μΩcmであった。電気回路を形成するのに十分低い抵抗値であることが示された。 The resistance value of the laminated copper was measured by a four-terminal measurement method and was found to be 3.8 μΩcm. The resistance was shown to be low enough to form an electrical circuit.
(実施例4)
実施例1に記載の操作を施すことによって導電性パターン領域を得た後、レーザ光を照射しなかった領域に残った塗布層をエタノールを用いて洗浄除去した。その後、実施例1に記載の操作を施すことで、電解メッキ処理によって導電性パターン領域の上に銅を積層した。積層された銅の厚みは約10μmであった。
(Example 4)
After obtaining a conductive pattern area by carrying out the operation described in Example 1, the coating layer remaining on the area not irradiated with laser light was washed away using ethanol. Thereafter, by carrying out the operations described in Example 1, copper was laminated on the conductive pattern area by electrolytic plating. The thickness of the laminated copper was about 10 μm.
積層された銅の抵抗値を4端子測定法によって測定したところ、3.8μΩcmであった。電気回路を形成するのに十分低い抵抗値であることが示された。 The resistance value of the laminated copper was measured by a four-terminal measurement method and was found to be 3.8 μΩcm. The resistance was shown to be low enough to form an electrical circuit.
(実施例5)
実施例4に記載の操作において、エタノールを1%濃度の2-アミノエタンチオール水溶液に代えて洗浄除去の操作を行った以外は、実施例4と同様の操作を施すことで、電解メッキ処理によって導電性パターン領域の上に銅を積層した。積層された銅の厚みは約10μmであった。
(Example 5)
By performing the same operation as in Example 4, except that ethanol was replaced with a 1% concentration 2-aminoethanethiol aqueous solution and the washing removal operation was performed, electrolytic plating was performed. Copper was laminated on top of the conductive pattern area. The thickness of the laminated copper was about 10 μm.
積層された銅の抵抗値を4端子測定法によって測定したところ、4μΩcmであった。電気回路を形成するのに十分低い抵抗値であることが示された。 The resistance value of the laminated copper was measured by a four-terminal measurement method and was found to be 4 μΩcm. The resistance was shown to be low enough to form an electrical circuit.
(実施例6)
ガスバノスキャナを用いて、最大速度100mm/秒で焦点位置を動かしながらレーザ光(中心波長532nm、出力0.23W、パルス波繰返し周波数300kHz、パルス幅30ナノ秒)を、試料1の塗布層に照射することで、所望とする25mm×1mmの寸法の銅を含む導電性パターン領域を得た。レーザ光を照射しなかった領域には塗膜が残っていた。
(Example 6)
Using a gas vane scanner, a laser beam (center wavelength 532 nm, output 0.23 W, pulse wave repetition frequency 300 kHz, pulse width 30 nanoseconds) was applied to the coating layer of sample 1 while moving the focal position at a maximum speed of 100 mm/sec. By irradiating, a conductive pattern area containing copper with the desired dimensions of 25 mm x 1 mm was obtained. A coating film remained in areas that were not irradiated with laser light.
導電性パターン領域の抵抗値を4端子測定法によって測定したところ、11μΩcmであった。 The resistance value of the conductive pattern region was measured by a four-terminal measurement method and was found to be 11 μΩcm.
次に、導電性パターン領域が形成された試料1に電解メッキ処理を施すことによって、導電性パターン領域の上に銅を積層した。電解メッキ処理液は、メルテックス社製アルカリ性銅メッキ液CF-2170を用い、銅の厚みが10μmになるまで電流値0.05Aを印加した。 Next, copper was laminated on the conductive pattern region by subjecting Sample 1 on which the conductive pattern region was formed to electrolytic plating treatment. As the electrolytic plating solution, alkaline copper plating solution CF-2170 manufactured by Meltex was used, and a current value of 0.05 A was applied until the thickness of the copper reached 10 μm.
積層された銅の抵抗値を4端子測定法によって測定したところ、3.3μΩcmであった。電気回路を形成するのに十分低い抵抗値であることが示された。 The resistance value of the laminated copper was measured by a four-terminal measurement method and was found to be 3.3 μΩcm. The resistance was shown to be low enough to form an electrical circuit.
(実施例7)
実施例1で得られた分散液を、ポリイミドフィルム(東レ・デュポン社製、カプトン500H、厚み125μm)にスピンコート法によって塗布し、90℃のオーブンで2時間保持して塗膜内の溶媒を揮発させて試料2を得た。得られた試料2の塗膜厚は8μmであった。
(Example 7)
The dispersion obtained in Example 1 was applied to a polyimide film (manufactured by DuPont-Toray, Kapton 500H, thickness 125 μm) by spin coating and kept in an oven at 90°C for 2 hours to remove the solvent in the coating film.
ガスバノスキャナを用いて、最大速度25mm/秒で焦点位置を動かしながらレーザ光(中心波長532nm、出力0.71W、パルス波繰返し周波数300kHz、パルス幅30ナノ秒)を、試料2の塗布層に照射することで、所望とする25mm×1mmの寸法の銅を含む導電性パターン領域を得た。レーザ光を照射しなかった領域には塗膜が残っていた。
Using a gas vano scanner, a laser beam (center wavelength 532 nm, output 0.71 W, pulse wave repetition frequency 300 kHz, pulse width 30 nanoseconds) was applied to the coating layer of
導電性パターン領域の抵抗値を4端子測定法によって測定したところ、14μΩcmであった。 The resistance value of the conductive pattern region was measured by a four-terminal measurement method and was found to be 14 μΩcm.
次に、導電性パターン領域が形成された試料2に電解メッキ処理を施すことによって、導電性パターン領域の上に銅を積層した。電解メッキ処理液は、メルテックス社製アルカリ性銅メッキ液CF-2170を用い、銅の厚みが20μmになるまで電流値0.05Aを印加した。
Next, copper was laminated on the conductive pattern region by electroplating the
積層された銅の抵抗値を4端子測定法によって測定したところ、3.0μΩcmであった。電気回路を形成するのに十分低い抵抗値であることが示された。 The resistance value of the laminated copper was measured by a four-terminal measurement method and was found to be 3.0 μΩcm. The resistance was shown to be low enough to form an electrical circuit.
(実施例8)
実施例1で得られた分散液を、ガラス基板(ショット社製、テンパックスフロート、厚み0.7mm)にスピンコート法によって塗布し、60℃のオーブンで2時間保持して塗膜内の溶媒を揮発させて試料3を得た。得られた試料3の塗膜厚は1μmであった。
(Example 8)
The dispersion obtained in Example 1 was applied to a glass substrate (manufactured by Schott Co., Ltd., Tempax Float, thickness 0.7 mm) by a spin coating method, and kept in an oven at 60°C for 2 hours to remove the solvent in the coating film. was evaporated to obtain
ガスバノスキャナを用いて、最大速度25mm/秒で焦点位置を動かしながらレーザ光(中心波長532nm、出力0.65W、パルス波繰返し周波数300kHz、パルス幅30ナノ秒)を、試料3の塗布層に照射することで、所望とする25mm×1mmの寸法の銅を含む導電性パターン領域を得た。レーザ光を照射しなかった領域には塗膜が残っていた。
Using a gas vano scanner, a laser beam (center wavelength 532 nm, output 0.65 W, pulse wave repetition frequency 300 kHz, pulse width 30 nanoseconds) was applied to the coating layer of
導電性パターン領域の抵抗値を4端子測定法によって測定したところ、10μΩcmであった。 The resistance value of the conductive pattern region was measured by a four-terminal measurement method and was found to be 10 μΩcm.
次に、導電性パターン領域が形成された試料3に電解メッキ処理を施すことによって、導電性パターン領域の上に銅を積層した。電解メッキ処理液は、メルテックス社製アルカリ性銅メッキ液CF-2170を用い、銅の厚みが10μmになるまで電流値0.05Aを印加した。
Next, copper was laminated on the conductive pattern region by electroplating the
積層された銅の抵抗値を4端子測定法によって測定したところ、3.2μΩcmであった。電気回路を形成するのに十分低い抵抗値であることが示された。 The resistance value of the laminated copper was measured by a four-terminal measurement method and was found to be 3.2 μΩcm. The resistance was shown to be low enough to form an electrical circuit.
(実施例9)
ガスバノスキャナを用いて、最大速度100mm/秒で焦点位置を動かしながらレーザ光(中心波長355nm、出力0.16W、パルス波繰返し周波数320kHz、パルス幅25ナノ秒)を、試料1の塗布層に照射することで、所望とする25mm×1mmの寸法の銅を含む導電性パターン領域を得た。レーザ光を照射しなかった領域には塗膜が残っていた。
(Example 9)
Using a gas vano scanner, a laser beam (center wavelength 355 nm, output 0.16 W, pulse wave repetition frequency 320 kHz, pulse width 25 nanoseconds) was applied to the coating layer of sample 1 while moving the focal position at a maximum speed of 100 mm/sec. By irradiating, a conductive pattern area containing copper with the desired dimensions of 25 mm x 1 mm was obtained. A coating film remained in areas that were not irradiated with laser light.
導電性パターン領域の抵抗値を4端子測定法によって測定したところ、16μΩcmであった。 The resistance value of the conductive pattern region was measured by a four-terminal measurement method and was found to be 16 μΩcm.
次に、導電性パターン領域が形成された試料1に電解メッキ処理を施すことによって、導電性パターン領域の上に銅を積層した。電解メッキ処理液は、メルテックス社製アルカリ性銅メッキ液CF-2170を用い、銅の厚みが10μmになるまで電流値0.05Aを印加した。 Next, copper was laminated on the conductive pattern region by subjecting Sample 1 on which the conductive pattern region was formed to electrolytic plating treatment. As the electrolytic plating solution, alkaline copper plating solution CF-2170 manufactured by Meltex was used, and a current value of 0.05 A was applied until the thickness of the copper reached 10 μm.
積層された銅の抵抗値を4端子測定法によって測定したところ、3.5μΩcmであった。電気回路を形成するのに十分低い抵抗値であることが示された。 The resistance value of the laminated copper was measured by a four-terminal measurement method and was found to be 3.5 μΩcm. The resistance was shown to be low enough to form an electrical circuit.
(実施例10)
ガスバノスキャナを用いて、最大速度100mm/秒で焦点位置を動かしながらレーザ光(中心波長532nm、出力0.4W、連続波発振(Continuous Wave:CW))を、試料1の塗布層に照射することで、所望とする25mm×1mmの寸法の銅を含む導電性パターン領域を得た。レーザ光を照射しなかった領域には塗膜が残っていた。
(Example 10)
Using a gas vane scanner, irradiate the coating layer of sample 1 with laser light (center wavelength 532 nm, output 0.4 W, continuous wave (CW)) while moving the focal position at a maximum speed of 100 mm/sec. In this way, a conductive pattern area containing copper with the desired dimensions of 25 mm x 1 mm was obtained. A coating film remained in areas that were not irradiated with laser light.
導電性パターン領域の抵抗値を4端子測定法によって測定したところ、16μΩcmであった。 The resistance value of the conductive pattern region was measured by a four-terminal measurement method and was found to be 16 μΩcm.
次に、導電性パターン領域が形成された試料1に電解メッキ処理を施すことによって、導電性パターン領域の上に銅を積層した。電解メッキ処理液は、メルテックス社製アルカリ性銅メッキ液CF-2170を用い、銅の厚みが10μmになるまで電流値0.05Aを印加した。 Next, copper was laminated on the conductive pattern region by subjecting Sample 1 on which the conductive pattern region was formed to electrolytic plating treatment. As the electrolytic plating solution, alkaline copper plating solution CF-2170 manufactured by Meltex was used, and a current value of 0.05 A was applied until the thickness of the copper reached 10 μm.
積層された銅の抵抗値を4端子測定法によって測定したところ、3.6μΩcmであった。電気回路を形成するのに十分低い抵抗値であることが示された。 The resistance value of the laminated copper was measured by a four-terminal measurement method and was found to be 3.6 μΩcm. The resistance was shown to be low enough to form an electrical circuit.
(実施例11)
実施例6に記載の操作を施すことによって導電性パターン領域を得た後、レーザ光を照射しなかった領域に残った塗布層を水を用いて洗浄除去した。その後、実施例6に記載の操作を施すことで、電解メッキ処理によって導電性パターン領域の上に銅を積層した。積層された銅の厚みは約10μmであった。
(Example 11)
After obtaining a conductive pattern area by carrying out the operation described in Example 6, the coating layer remaining on the area not irradiated with laser light was washed away with water. Thereafter, by carrying out the operations described in Example 6, copper was laminated on the conductive pattern area by electrolytic plating. The thickness of the laminated copper was about 10 μm.
積層された銅の抵抗値を4端子測定法によって測定したところ、3.6μΩcmであった。電気回路を形成するのに十分低い抵抗値であることが示された。 The resistance value of the laminated copper was measured by a four-terminal measurement method and was found to be 3.6 μΩcm. The resistance was shown to be low enough to form an electrical circuit.
なお、本発明は、上記実施の形態や実施例に限定されるものではない。当業者の知識に基づいて上記実施の形態や実施例に設計の変更等を加えてもよく、また、上記実施の形態や実施例を任意に組み合わせてもよく、そのような変更等を加えた態様も本発明の範囲に含まれる。 Note that the present invention is not limited to the above embodiments and examples. Design changes, etc. may be made to the above embodiments and examples based on the knowledge of those skilled in the art, and the above embodiments and examples may be arbitrarily combined, and such changes, etc. Embodiments are also included within the scope of the present invention.
本発明は、プリント配線板、電子デバイス、電磁波シールド、帯電防止膜などの製造に好適に用いられる。 INDUSTRIAL APPLICATION This invention is suitably used for the manufacture of a printed wiring board, an electronic device, an electromagnetic shield, an antistatic film, etc.
1 酸化銅インク
2 酸化銅
3 リン酸エステル塩
10 導電性基板
11 基板(支持体)
12 未焼成領域(塗布層)
13 焼成領域(還元銅層)
14 単一層
20 導電性パターン領域付構造体
21 メッキ銅層
22 導電性パターン領域
1
12 Unfired area (coating layer)
13 Firing area (reduced copper layer)
14
Claims (3)
前記支持体が構成する面上に配置された、層厚が1nm以上10μm以下の還元銅層と、前記還元銅層上に配置された、層厚が1μm以上50μm以下のメッキ銅層とで構成された導電性パターン領域
を具備し、
前記還元銅層がリン元素、リン酸化物及びリン含有有機物から選択される少なくとも1つを含有していることを特徴とする導電性パターン領域付構造体。 a support, and
Consisting of a reduced copper layer with a layer thickness of 1 nm or more and 10 μm or less, arranged on the surface constituted by the support, and a plated copper layer with a layer thickness of 1 μm or more and 50 μm or less, arranged on the reduced copper layer. a conductive pattern area;
A structure with a conductive pattern region, wherein the reduced copper layer contains at least one selected from elemental phosphorus, phosphorus oxide, and phosphorus-containing organic material.
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