JPWO2013073349A1 - 銅パターン形成用組成物及び銅パターンの製造方法 - Google Patents
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Abstract
銅パターン製造時の安全性に優れ、しかも低温焼成が可能であり、高い導電性を示す銅パターンを、プラスチック基板においても所望のパターンに形成することが可能な銅パターン形成用組成物、それを用いた銅パターンの製造方法を提供する。本発明の組成物は、成分Ａ：式（１）で表されるβ−ケトカルボン酸銅化合物１ｍｏｌに対して、成分Ｂ：沸点が２５０℃以下のアミン化合物０．１〜５００ｍｏｌと、成分Ｃ−１：ｐＫａが４以下の有機酸０．０１〜２０ｍｏｌ、及び／又は成分Ｃ−２：ｐＫａが４以下の有機酸と銅からなる有機酸銅化合物０．０１〜１００ｍｏｌとを含有し、エレクトロニクスの分野に利用できる。【化１】（R1、R2：H、C1〜6の直鎖、C3〜6の分岐鎖構造を有する炭化水素基等。）
Description
本発明は、エレクトロニクス分野等において利用可能な、銅パターン形成用組成物、それを用いた銅パターンおよびその製造方法に関する。
近年、インクジェットやスクリーン印刷などの印刷法により、金属含有インクをフレキシブルなプラスチック基板上に印刷、焼成し、所望の導電パターンを作製する技術が注目を集めている。ここで使用する金属含有インクの性能には、プラスチック基板の耐熱温度以下での低温焼結性が求められている。このような導電パターン形成用の金属含有インクとしては、銀や銅を用いた低温焼結性のインクの開発が多く行われている。その中でも銅は銀と比較して電気的特性に優れ、低価格であるという利点がある。
銅パターン形成用のインクとしては、銅原料としてカルボン酸銅を用いたインク（非特許文献１，２）や、銅微粒子を分散させたインク（特許文献１，２）が知られている。このようなインクを焼成する場合、銅が酸化され易いため、多くの場合は水素やギ酸などの還元雰囲気下で行っており、工業化する際の安全性に課題がある。また焼成温度も２５０℃以上と高く、一部のプラスチック基板にしか適応できないという問題がある。
そこで、低温焼結性を達成するインクとして、例えば、非特許文献３に、ギ酸銅、アミン及び溶剤からなるインクが提案されている。該インクは、窒素雰囲気中１２０〜１６０℃で焼成することにより銅パターンが得られる。しかし、銅原料として有機酸銅化合物や銅微粒子を用いた従来の銅インクを焼成すると、塗膜が収縮し、焼成後のパターンが印刷により作製した所望のパターンと異なる場合がある。
銅パターン形成用のインクとしては、銅原料としてカルボン酸銅を用いたインク（非特許文献１，２）や、銅微粒子を分散させたインク（特許文献１，２）が知られている。このようなインクを焼成する場合、銅が酸化され易いため、多くの場合は水素やギ酸などの還元雰囲気下で行っており、工業化する際の安全性に課題がある。また焼成温度も２５０℃以上と高く、一部のプラスチック基板にしか適応できないという問題がある。
そこで、低温焼結性を達成するインクとして、例えば、非特許文献３に、ギ酸銅、アミン及び溶剤からなるインクが提案されている。該インクは、窒素雰囲気中１２０〜１６０℃で焼成することにより銅パターンが得られる。しかし、銅原料として有機酸銅化合物や銅微粒子を用いた従来の銅インクを焼成すると、塗膜が収縮し、焼成後のパターンが印刷により作製した所望のパターンと異なる場合がある。
ところで、プラスチック基板上などの低温焼成が必要とされるインクに用いる材料としては、低温で分解・気化する有機成分を有するものが有用であることが報告されている。このような化合物としては、β−ケトカルボン酸銀化合物が知られており、低温で銀パターンを形成できることが報告されている（特許文献３）。
一方、これと同様の分解機構を示す銅化合物としては、β−ケトカルボン酸銅化合物が考えられる。このβ−ケトカルボン酸銅化合物は古くから研究されており、重合の触媒や銀の還元剤として利用されている（特許文献４、非特許文献４，５）。
しかし、該化合物は、銅パターン形成用の材料に用いられていない。その理由としては、例えば、銅が銀よりも酸化され易いため、β−ケトカルボン酸銀化合物と同様の手法で導電性のある銅パターンが得られないことが挙げられる。
一方、これと同様の分解機構を示す銅化合物としては、β−ケトカルボン酸銅化合物が考えられる。このβ−ケトカルボン酸銅化合物は古くから研究されており、重合の触媒や銀の還元剤として利用されている（特許文献４、非特許文献４，５）。
しかし、該化合物は、銅パターン形成用の材料に用いられていない。その理由としては、例えば、銅が銀よりも酸化され易いため、β−ケトカルボン酸銀化合物と同様の手法で導電性のある銅パターンが得られないことが挙げられる。
Current Applied Physics, 9, 2009, 157
Jpn. J. Appl. Phys., 49, 2010, 86501
Thin Solid Films, 519, 2011, 6530
Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry, 14, 1960, 161
J. Am. Chem. Soc., 132 (1), 2010, 28
本発明の課題は、銅パターン製造時の安全性に優れ、しかも低温焼成が可能であり、高い導電性を示す銅パターンを、プラスチック基板においても所望のパターンに形成することが可能な銅パターン形成用組成物を提供することにある。
本発明の別の課題は、安全性に優れ、しかも低温焼成により高い導電性を示す銅パターンを、プラスチック基板においても所望のパターンを歩留り良く製造することができる銅パターンの製造方法を提供することにある。
本発明の他の課題は、所望のパターンに形成された高い導電性を有する銅パターンを提供することにある。
本発明の別の課題は、安全性に優れ、しかも低温焼成により高い導電性を示す銅パターンを、プラスチック基板においても所望のパターンを歩留り良く製造することができる銅パターンの製造方法を提供することにある。
本発明の他の課題は、所望のパターンに形成された高い導電性を有する銅パターンを提供することにある。
本発明によれば、成分Ａ：式（１）で表されるβ−ケトカルボン酸銅化合物１ｍｏｌに対して、成分Ｂ：沸点が２５０℃以下のアミン化合物０．１〜５００ｍｏｌと、成分Ｃ−１：ｐＫａが４以下の有機酸０．０１〜２０ｍｏｌ、及び成分Ｃ−２：ｐＫａが４以下の有機酸と銅からなる有機酸銅化合物０．０１〜１００ｍｏｌの少なくとも１種とを含有する銅パターン形成用組成物が提供される。
（式中、R1及びR2は独立して、水素原子、炭素数１〜６の直鎖または炭素数３〜６の分岐鎖構造を有する炭化水素基、あるいはR1とR2は炭素数２〜４の炭化水素基により連結された基を表す。）
また本発明によれば、上記銅パターン形成用組成物を基板上に印刷する工程と、不活性ガス雰囲気中１２０〜２５０℃で焼成する工程とを含む銅パターンの製造方法が提供される。
更に本発明によれば、上記製造方法により得た銅パターンが提供される。
また本発明によれば、上記銅パターン形成用組成物を基板上に印刷する工程と、不活性ガス雰囲気中１２０〜２５０℃で焼成する工程とを含む銅パターンの製造方法が提供される。
更に本発明によれば、上記製造方法により得た銅パターンが提供される。
本発明の銅パターン形成用組成物は、上記各成分を特定割合で含有するので、銅パターン製造時の安全性に優れ、しかも低温焼成が可能であり、高い導電性を示す銅パターンを、耐熱温度の低いプラスチック基板においても所望のパターンに形成することが可能である。従って、本発明の組成物を用いて形成された銅パターンは、回路基板やトランジスタといった半導体関連から、有機ELなどのFPD（フラット・パネル・ディスプレイ）、さらには太陽電池など、広範囲なエレクトロニクス分野に利用可能である。
以下、本発明を更に詳細に説明する。
[成分Ａ]
本発明の銅パターン形成用組成物は、成分Ａ：前記式（１）で表されるβ−ケトカルボン酸銅化合物を含有する。
前記式（１）において、R1及びR2は独立して、水素原子、炭素数１〜６の直鎖または炭素数３〜６の分岐鎖構造を有する炭化水素基、あるいはR1とR2は炭素数２〜４の炭化水素基により連結された基を表す。
炭素数１〜６の炭化水素基は、具体的にはメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、イソブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、シクロペンチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、フェニル基である。炭素数２〜４の炭化水素基により連結された基とは、プロピレン基、ブチレン基などで連結された環構造を表す。原料の入手のしやすさから、R1及びR2はそれぞれ、メチル基と水素原子の組み合わせ、メチル基とメチル基の組み合わせ、プロピル基と水素原子の組み合わせが好ましい。
[成分Ａ]
本発明の銅パターン形成用組成物は、成分Ａ：前記式（１）で表されるβ−ケトカルボン酸銅化合物を含有する。
前記式（１）において、R1及びR2は独立して、水素原子、炭素数１〜６の直鎖または炭素数３〜６の分岐鎖構造を有する炭化水素基、あるいはR1とR2は炭素数２〜４の炭化水素基により連結された基を表す。
炭素数１〜６の炭化水素基は、具体的にはメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、イソブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、シクロペンチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、フェニル基である。炭素数２〜４の炭化水素基により連結された基とは、プロピレン基、ブチレン基などで連結された環構造を表す。原料の入手のしやすさから、R1及びR2はそれぞれ、メチル基と水素原子の組み合わせ、メチル基とメチル基の組み合わせ、プロピル基と水素原子の組み合わせが好ましい。
成分Ａとしては、例えば、アセト酢酸銅（II）、２−メチルアセト酢酸銅（II）、プロピオニル酢酸銅（II）、イソプロピル酢酸銅（II）、２−エチルアセト酢酸銅（II）、ブチリル酢酸銅（II）、イソブチリル酢酸銅（II）、ピバロイル酢酸銅（II）、シクロヘキサノン−２−酢酸銅（II）、これらの無水物、水和物、またはそれらの混合物が挙げられ、原料の入手のしやすさからは、アセト酢酸銅（II）、２−メチルアセト酢酸銅（II）、ブチリル酢酸銅（II）、これらの無水物、水和物、またはそれらの混合物が好ましく、合成の容易さからはこれらの２水和物が好ましい。
[成分Ｂ]
本発明の銅パターン形成用組成物は、成分Ｂ：沸点が２５０℃以下のアミン化合物を含有する。
成分Ｂとしては、例えば、沸点が２５０℃以下の、１級アミン、２級アミン、３級アミンが挙げられる。銅原料の溶解性からは１級アミンが好ましい。
沸点が２５０℃以下の１級アミンとしては、例えば、ｎ−ブチルアミン、ｓｅｃ−ブチルアミン、ｔｅｒｔ−ブチルアミン、アミルアミン、イソアミルアミン、ヘキシルアミン、ヘプチルアミン、オクチルアミン、２−エチルヘキシルアミン、２−アミノアルコール、エチレンジアミン、１，２−ジアミノプロパン、１，３−ジアミノプロパン、１，３−ジアミノペンタン、２−エトキシエチルアミン、２−メトキシエチルアミン、３−エトキシプロピルアミンが挙げられ、銅原料の溶解性からは低分子量のｎ−ブチルアミン、アミルアミンや、分岐構造を有するイソアミルアミン、２−エチルヘキシルアミンが好ましい。
また、成分Ｂのアミン化合物は１種類又は２種類以上を混合して用いても良い。インクの塗工性や焼結性からは、２種類以上を混合して用いることが好ましい。
本発明の銅パターン形成用組成物は、成分Ｂ：沸点が２５０℃以下のアミン化合物を含有する。
成分Ｂとしては、例えば、沸点が２５０℃以下の、１級アミン、２級アミン、３級アミンが挙げられる。銅原料の溶解性からは１級アミンが好ましい。
沸点が２５０℃以下の１級アミンとしては、例えば、ｎ−ブチルアミン、ｓｅｃ−ブチルアミン、ｔｅｒｔ−ブチルアミン、アミルアミン、イソアミルアミン、ヘキシルアミン、ヘプチルアミン、オクチルアミン、２−エチルヘキシルアミン、２−アミノアルコール、エチレンジアミン、１，２−ジアミノプロパン、１，３−ジアミノプロパン、１，３−ジアミノペンタン、２−エトキシエチルアミン、２−メトキシエチルアミン、３−エトキシプロピルアミンが挙げられ、銅原料の溶解性からは低分子量のｎ−ブチルアミン、アミルアミンや、分岐構造を有するイソアミルアミン、２−エチルヘキシルアミンが好ましい。
また、成分Ｂのアミン化合物は１種類又は２種類以上を混合して用いても良い。インクの塗工性や焼結性からは、２種類以上を混合して用いることが好ましい。
本発明の銅パターン形成用組成物は、成分Ｃ−１：ｐＫａが４以下の有機酸、及び／又は成分Ｃ−２：ｐＫａが４以下の有機酸と銅からなる有機酸銅化合物を含有する。
[成分Ｃ−１]
成分Ｃ−１としては、例えば、ギ酸（ｐＫａ＝３．７５）、シュウ酸（ｐＫａ＝１．２７）、グリオキシル酸（ｐＫａ＝２．９８）、ピルビン酸（ｐＫａ＝２．４９）が挙げられ、使用に際しては１種類又は２種類以上を混合して用いても良い。焼成時の揮発性からはギ酸を用いることが好ましい。
[成分Ｃ−１]
成分Ｃ−１としては、例えば、ギ酸（ｐＫａ＝３．７５）、シュウ酸（ｐＫａ＝１．２７）、グリオキシル酸（ｐＫａ＝２．９８）、ピルビン酸（ｐＫａ＝２．４９）が挙げられ、使用に際しては１種類又は２種類以上を混合して用いても良い。焼成時の揮発性からはギ酸を用いることが好ましい。
[成分Ｃ−２]
成分Ｃ−２としては、例えば、ギ酸銅、シュウ酸銅、グリオキシル酸銅、ピルビン酸銅、これらの無水物、水和物、またはそれらの混合物が挙げられる。原料の入手のしやすさと、焼成時の有機酸成分の揮発性からは、ギ酸銅無水物又はギ酸銅・４水和物を用いることが好ましい。
成分Ｃ−２としては、例えば、ギ酸銅、シュウ酸銅、グリオキシル酸銅、ピルビン酸銅、これらの無水物、水和物、またはそれらの混合物が挙げられる。原料の入手のしやすさと、焼成時の有機酸成分の揮発性からは、ギ酸銅無水物又はギ酸銅・４水和物を用いることが好ましい。
本発明の銅パターン形成用組成物において上記各成分の含有割合は、成分Ｂの場合、成分Ａ １ｍｏｌに対して、０．１〜５００ｍｏｌ、好ましくは０．５〜４００ｍｏｌ、最も好ましくは１〜３００ｍｏｌである。成分Ｂが０．１ｍｏｌより少ない場合、成分Ａ及び成分Ｃ−２が析出する恐れがある。一方、５００ｍｏｌを超える場合、銅パターン形成用組成物中の銅濃度が低下し、焼成後の銅パターンが不連続となり、欠陥を生じる恐れがある。
成分Ｃ−１を含有する場合は、成分Ａ １ｍｏｌに対して、０．０１〜２０ｍｏｌ、好ましくは０．０５〜１０ｍｏｌ、最も好ましくは０．１〜５ｍｏｌである。成分Ｃ−１が０．０１ｍｏｌより少ない場合、焼成中に成分Ａの分解生成物による酸化が進行し、得られるパターンの体積抵抗率が増加する恐れがある。一方、２０ｍｏｌを超える場合、焼成時に体積収縮が生じ、所望のパターンが得られない恐れがある。
成分Ｃ−２を含有する場合は、成分Ａ １ｍｏｌに対して、０．０１〜１００ｍｏｌ、好ましくは０．０５〜８０ｍｏｌ、最も好ましくは０．１〜５０ｍｏｌである。成分Ｃ−２が０．０１ｍｏｌより少ない場合、焼成中に成分Ａの分解生成物による酸化が進行し、得られるパターンの体積抵抗率が増加する恐れがある。一方、１００ｍｏｌを超える場合、焼成時に体積収縮が生じ、所望のパターンが得られない恐れがある。
成分Ｃ−１と成分Ｃ−２のどちらも含有しない場合は、焼成中に成分Ａの分解生成物による酸化が進行し、得られるパターンの体積抵抗率が増加する。
成分Ｃ−１を含有する場合は、成分Ａ １ｍｏｌに対して、０．０１〜２０ｍｏｌ、好ましくは０．０５〜１０ｍｏｌ、最も好ましくは０．１〜５ｍｏｌである。成分Ｃ−１が０．０１ｍｏｌより少ない場合、焼成中に成分Ａの分解生成物による酸化が進行し、得られるパターンの体積抵抗率が増加する恐れがある。一方、２０ｍｏｌを超える場合、焼成時に体積収縮が生じ、所望のパターンが得られない恐れがある。
成分Ｃ−２を含有する場合は、成分Ａ １ｍｏｌに対して、０．０１〜１００ｍｏｌ、好ましくは０．０５〜８０ｍｏｌ、最も好ましくは０．１〜５０ｍｏｌである。成分Ｃ−２が０．０１ｍｏｌより少ない場合、焼成中に成分Ａの分解生成物による酸化が進行し、得られるパターンの体積抵抗率が増加する恐れがある。一方、１００ｍｏｌを超える場合、焼成時に体積収縮が生じ、所望のパターンが得られない恐れがある。
成分Ｃ−１と成分Ｃ−２のどちらも含有しない場合は、焼成中に成分Ａの分解生成物による酸化が進行し、得られるパターンの体積抵抗率が増加する。
本発明の銅パターン形成用組成物は、必要に応じて、その他の銅原料、溶媒、公知の添加剤などを、本発明の効果を損なわない範囲で含んでいてもよい。
銅パターン形成用組成物中の銅濃度を向上させるために他の銅原料として、例えば、粒径３ｎｍ〜５００ｎｍ範囲の銅微粒子や、粒径がマイクロメートルオーダーの銅フィラーを添加することができる。導電性の観点からは銅微粒子を添加することが好ましく、添加する場合の割合としては、成分Ａ １質量部に対し、０．００１〜１０質量部が好ましい。
銅パターン形成用組成物中の銅濃度を向上させるために他の銅原料として、例えば、粒径３ｎｍ〜５００ｎｍ範囲の銅微粒子や、粒径がマイクロメートルオーダーの銅フィラーを添加することができる。導電性の観点からは銅微粒子を添加することが好ましく、添加する場合の割合としては、成分Ａ １質量部に対し、０．００１〜１０質量部が好ましい。
銅パターン形成用組成物の印刷性の向上を目的に、濃度調整、表面張力調整、粘度調整や気化速度の調整のための溶剤や添加剤を添加することもできる。
このような溶剤としては、その他成分と反応しなければ特に限定されず、例えば、メタノール、エタノール、ｎ−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、ｎ−ブチルアルコール、イソブチルアルコール、ｓｅｃ−ブチルアルコール、ペンタノール、ヘキサノール、シクロヘキサノール、ベンジルアルコール、ターピネオールなどのアルコール系溶剤；エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、ペンタンジオール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコールなどのグリコール系溶剤；プロピレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、１，４−ジオキサンなどのエーテル系溶剤が挙げられる。添加する場合の割合としては、成分Ａ １質量部に対し、０．０１〜１００質量部が好ましい。
上記添加剤としては、例えば、レベリング剤、カップリング剤、粘度調整剤、酸化防止剤が挙げられる。添加する場合の割合としては、成分Ａ １質量部に対し、０．００１〜１０質量部が好ましい。
このような溶剤としては、その他成分と反応しなければ特に限定されず、例えば、メタノール、エタノール、ｎ−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、ｎ−ブチルアルコール、イソブチルアルコール、ｓｅｃ−ブチルアルコール、ペンタノール、ヘキサノール、シクロヘキサノール、ベンジルアルコール、ターピネオールなどのアルコール系溶剤；エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、ペンタンジオール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコールなどのグリコール系溶剤；プロピレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、１，４−ジオキサンなどのエーテル系溶剤が挙げられる。添加する場合の割合としては、成分Ａ １質量部に対し、０．０１〜１００質量部が好ましい。
上記添加剤としては、例えば、レベリング剤、カップリング剤、粘度調整剤、酸化防止剤が挙げられる。添加する場合の割合としては、成分Ａ １質量部に対し、０．００１〜１０質量部が好ましい。
本発明の銅パターンは、本発明の銅パターン形成用組成物を基板上に印刷する工程と、不活性ガス雰囲気中、１２０〜２５０℃で焼成する工程とを含む本発明の製造方法等により得ることができる。
本発明の銅パターンとは、各種印刷方法により印刷される任意の形状のパターンであり、用途により選択が可能である。例えば、ベタ膜パターン、ラインパターン、ホールパターン、ドットパターンが挙げられる。印刷方法としては公知の方法を用いることができ、例えば、スクリーン印刷、ロールコート法、エアナイフコート法、ブレードコート法、バーコート法、グラビアコート法、ダイコート法、スライドコート法、インクジェット法が挙げられる。
本発明の銅パターンとは、各種印刷方法により印刷される任意の形状のパターンであり、用途により選択が可能である。例えば、ベタ膜パターン、ラインパターン、ホールパターン、ドットパターンが挙げられる。印刷方法としては公知の方法を用いることができ、例えば、スクリーン印刷、ロールコート法、エアナイフコート法、ブレードコート法、バーコート法、グラビアコート法、ダイコート法、スライドコート法、インクジェット法が挙げられる。
本発明の銅パターン形成用組成物を印刷する基板としては、例えば、ポリイミド、ポリエステル、エポキシ樹脂、ビスマレイミド・トリアジン樹脂、変性ポリフェニレンエーテル、ＡＢＳ樹脂、ポリアミド、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、フッ素樹脂などのプラスチック基板；ソーダガラス、ホウケイ酸ガラス、シリカガラス、石英ガラスなどのガラス基板；金、銀、銅、アルミニウムなどの金属配線を有する配線基板が挙げられる。またこれら基板は、密着性の改良のため、プライマー処理、プラズマ処理、エッチング処理が施されていても良い。
上記焼成を行う際の不活性ガスとしては、例えば、ヘリウムガス、窒素ガス、アルゴンガスが挙げられる。また、焼成温度は、基板の種類により異なるが、基板の耐熱温度以下かつ本発明の銅パターン形成用組成物中の有機成分が揮発する温度以上であればよく、通常は１２０〜２５０℃である。
焼成温度が１２０℃より低い場合、銅パターン形成用組成物中の有機成分が銅パターン中に残存し、体積抵抗率が増加する恐れがある。また焼成温度が２５０℃を超える場合、使用する基板によってはその耐熱温度を超えるため焼成が行えない。
焼成時間は焼成温度により異なるが、本発明の銅パターン形成用組成物中の有機成分が十分に揮発する時間であればよく、通常は１〜１２０分間、好ましくは３〜６０分間である。
焼成温度が１２０℃より低い場合、銅パターン形成用組成物中の有機成分が銅パターン中に残存し、体積抵抗率が増加する恐れがある。また焼成温度が２５０℃を超える場合、使用する基板によってはその耐熱温度を超えるため焼成が行えない。
焼成時間は焼成温度により異なるが、本発明の銅パターン形成用組成物中の有機成分が十分に揮発する時間であればよく、通常は１〜１２０分間、好ましくは３〜６０分間である。
本発明により製造される銅パターンは、各種印刷方法により所望のパターンに形成可能であり、更に１×１０3μΩ・ｃｍ以下の体積抵抗率を有する導電体とすることができる。従って、このような銅パターンはエレクトロニクス分野において利用可能である。
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されない。
合成例１：アセト酢酸銅(II)・２水和物の合成（式(1)のR1＝メチル基、R2＝水素原子）
加水分解用ＮａＯＨ水溶液（２．３０ｇ，２４．０ｍＬ）に、アセト酢酸エチル６．２４ｇ（４８．０ｍｍｏｌ）を加え、３０℃で３時間加熱攪拌した。３時間後、反応混合液を０℃に冷却し、５ＮのＨＮＯ3水溶液を加えて反応液を酸性にした。反応混合液に硝酸銅(II)水溶液２．９０ｇ（４．８０ｍｍｏｌ）を滴下し、４時間磁気攪拌した。析出した固体をろ過し、イオン交換水・アセトンで洗浄して、水色固体のアセト酢酸銅(II)・２水和物２．０５ｇ（６．７０ｍｍｏｌ）を得た。
合成例１：アセト酢酸銅(II)・２水和物の合成（式(1)のR1＝メチル基、R2＝水素原子）
加水分解用ＮａＯＨ水溶液（２．３０ｇ，２４．０ｍＬ）に、アセト酢酸エチル６．２４ｇ（４８．０ｍｍｏｌ）を加え、３０℃で３時間加熱攪拌した。３時間後、反応混合液を０℃に冷却し、５ＮのＨＮＯ3水溶液を加えて反応液を酸性にした。反応混合液に硝酸銅(II)水溶液２．９０ｇ（４．８０ｍｍｏｌ）を滴下し、４時間磁気攪拌した。析出した固体をろ過し、イオン交換水・アセトンで洗浄して、水色固体のアセト酢酸銅(II)・２水和物２．０５ｇ（６．７０ｍｍｏｌ）を得た。
合成例２：ブチリル酢酸銅(II)・２水和物の合成(式(1)のR1＝プロピル基、R2＝水素原子)
加水分解用ＮａＯＨ水溶液（３．４６ｇ，２４．０ｍＬ）に、ブチリル酢酸エチル１１．４ｇ（７２．０ｍｍｏｌ）を加え、３０℃で３時間加熱攪拌した。３時間後、反応混合液を０℃に冷却し、５ＮのＨＮＯ3水溶液を加えて反応液を酸性にした。反応混合液に硝酸銅(II)水溶液４．３４ｇ（７．２０ｍｍｏｌ）を滴下し、３時間磁気攪拌した。析出した固体をろ過し、イオン交換水・アセトンで洗浄して、青色固体のブチリル酢酸銅(II)・２水和物４．３７ｇ（１２．２ｍｍｏｌ）を得た。
加水分解用ＮａＯＨ水溶液（３．４６ｇ，２４．０ｍＬ）に、ブチリル酢酸エチル１１．４ｇ（７２．０ｍｍｏｌ）を加え、３０℃で３時間加熱攪拌した。３時間後、反応混合液を０℃に冷却し、５ＮのＨＮＯ3水溶液を加えて反応液を酸性にした。反応混合液に硝酸銅(II)水溶液４．３４ｇ（７．２０ｍｍｏｌ）を滴下し、３時間磁気攪拌した。析出した固体をろ過し、イオン交換水・アセトンで洗浄して、青色固体のブチリル酢酸銅(II)・２水和物４．３７ｇ（１２．２ｍｍｏｌ）を得た。
合成例３：２−メチルアセト酢酸銅(II)・２水和物の合成（式(1)のR1=メチル基、R2=メチル基）
加水分解用ＮａＯＨ水溶液（３．４６ｇ，２４．０ｍＬ）に、２−メチルアセト酢酸エチル１０．４ｇ（７２．０ｍｍｏｌ）を加え、３０℃で３時間加熱攪拌した。３時間後、反応混合液を０℃に冷却し、５ＮのＨＮＯ3水溶液を加えて反応液を酸性にした。反応混合液に硝酸銅(II)水溶液４．３４ｇ（７．２０ｍｍｏｌ）を滴下し、３時間磁気攪拌した。析出した固体をろ過し、イオン交換水・アセトンで洗浄して、青色固体の２−メチルアセト酢酸銅(II)・２水和物２．８１ｇ（８．５２ｍｍｏｌ）を得た。
加水分解用ＮａＯＨ水溶液（３．４６ｇ，２４．０ｍＬ）に、２−メチルアセト酢酸エチル１０．４ｇ（７２．０ｍｍｏｌ）を加え、３０℃で３時間加熱攪拌した。３時間後、反応混合液を０℃に冷却し、５ＮのＨＮＯ3水溶液を加えて反応液を酸性にした。反応混合液に硝酸銅(II)水溶液４．３４ｇ（７．２０ｍｍｏｌ）を滴下し、３時間磁気攪拌した。析出した固体をろ過し、イオン交換水・アセトンで洗浄して、青色固体の２−メチルアセト酢酸銅(II)・２水和物２．８１ｇ（８．５２ｍｍｏｌ）を得た。
実施例１−１〜１−３０：銅パターン形成用組成物の調製
表１に示す各成分割合で、銅パターン形成用組成物を調製した。表中の銅微粒子には、日清エンジニアリング社製の銅微粒子（ＤBET＝８１．０ｎｍ、表面酸化皮膜約２ｎｍ）を使用した。また、表中のＳＦＣＰ−２００Ａ、ＳＦＣＰ−１０ＡＸ及びＳＦＣＰ−５００Ａは、それぞれ福田金属箔粉工業社製のＳＦＣＰ−２００Ａ（ＤBET＝１２６ｎｍ、分散剤無）、ＳＦＣＰ−１０ＡＸ（ＤBET＝４８．２ｎｍ、分散剤有）、ＳＦＣＰ−５００Ａ（ＤBET＝５４５ｎｍ、分散剤無）の銅微粒子を示す。尚、実施例１−３０では二つの銅微粒子を混合して使用した。また、ＤBETはＢＥＴ法により算出した粒径を表す。
表１に示す各成分割合で、銅パターン形成用組成物を調製した。表中の銅微粒子には、日清エンジニアリング社製の銅微粒子（ＤBET＝８１．０ｎｍ、表面酸化皮膜約２ｎｍ）を使用した。また、表中のＳＦＣＰ−２００Ａ、ＳＦＣＰ−１０ＡＸ及びＳＦＣＰ−５００Ａは、それぞれ福田金属箔粉工業社製のＳＦＣＰ−２００Ａ（ＤBET＝１２６ｎｍ、分散剤無）、ＳＦＣＰ−１０ＡＸ（ＤBET＝４８．２ｎｍ、分散剤有）、ＳＦＣＰ−５００Ａ（ＤBET＝５４５ｎｍ、分散剤無）の銅微粒子を示す。尚、実施例１−３０では二つの銅微粒子を混合して使用した。また、ＤBETはＢＥＴ法により算出した粒径を表す。
比較例１−１〜１−６：銅パターン形成用組成物の調製
表２に示す各成分割合で、銅パターン形成用組成物を調製した。
表２に示す各成分割合で、銅パターン形成用組成物を調製した。
実施例２−１〜２−３５：銅パターンの製造
表３に示す条件で、実施例１−１〜１−３０で調製した組成物を各種基板上に（スライドガラス（以下、ガラスと略す）、ポリイミド（以下、ＰＩと略す）、ポリエチレンナフタレート（以下、ＰＥＮと略す）、またはポリエチレンテレフタレート（以下、ＰＥＴと略す））、バーコーターを用いて塗布し、３０ｍｍ×５０ｍｍの塗布膜を作製した。次に、表３に記載の焼成温度と雰囲気で、加熱炉中（山陽精工株式会社製、ＳＭＴ−ＳＣＯＰＥ）で２０分間の焼成を行い、膜厚１μｍの銅パターン（ベタ膜）を製造した。窒素雰囲気は、加熱炉に窒素ガスを１Ｌ／分の流量で流通させることにより作製した。
各銅パターンについて体積抵抗率と収縮を評価した。結果を表３に示す。体積抵抗率の測定には、四探針抵抗測定機（商品名「ロレスタＧＰ」、三菱化学社製）を用いた。収縮の評価は、銅パターン形成用組成物の塗布膜の面積に対し、焼成後の面積の収縮率が５％以下のものを「良」、５％以上のものを「不良」として表記し、括弧内に測定値を示す。
表３に示す条件で、実施例１−１〜１−３０で調製した組成物を各種基板上に（スライドガラス（以下、ガラスと略す）、ポリイミド（以下、ＰＩと略す）、ポリエチレンナフタレート（以下、ＰＥＮと略す）、またはポリエチレンテレフタレート（以下、ＰＥＴと略す））、バーコーターを用いて塗布し、３０ｍｍ×５０ｍｍの塗布膜を作製した。次に、表３に記載の焼成温度と雰囲気で、加熱炉中（山陽精工株式会社製、ＳＭＴ−ＳＣＯＰＥ）で２０分間の焼成を行い、膜厚１μｍの銅パターン（ベタ膜）を製造した。窒素雰囲気は、加熱炉に窒素ガスを１Ｌ／分の流量で流通させることにより作製した。
各銅パターンについて体積抵抗率と収縮を評価した。結果を表３に示す。体積抵抗率の測定には、四探針抵抗測定機（商品名「ロレスタＧＰ」、三菱化学社製）を用いた。収縮の評価は、銅パターン形成用組成物の塗布膜の面積に対し、焼成後の面積の収縮率が５％以下のものを「良」、５％以上のものを「不良」として表記し、括弧内に測定値を示す。
表３より、実施例２−１〜２−２４の製造方法により得られた銅パターンは、体積抵抗率が４．７〜５９．１μΩ・ｃｍであり、導電体として利用可能であることがわかる。更に、焼成後の収縮も少ないことから、各種印刷方法などにより所望のパターンを形成することができる。
また、銅微粒子を添加して作製した銅パターン形成用組成物を使用して得られた実施例２−２５〜２−３５の銅パターンも、体積抵抗率は７．３〜８０２．４μΩ・ｃｍと導電体として利用可能であり、焼成後の収縮も少なく各種印刷法により所望のパターンを形成することができる。
また、銅微粒子を添加して作製した銅パターン形成用組成物を使用して得られた実施例２−２５〜２−３５の銅パターンも、体積抵抗率は７．３〜８０２．４μΩ・ｃｍと導電体として利用可能であり、焼成後の収縮も少なく各種印刷法により所望のパターンを形成することができる。
比較例２−１〜２−８：銅パターンの製造
実施例１−５及び比較例１−１〜１−６で調製した組成物を用いて、表４に示す条件で実施例２と同様の手法により、銅パターン（ベタ膜）を製造した。
体積抵抗率と収縮の評価は実施例２と同様に行った。結果を表４に示す。尚、体積抵抗率が１×１０8μΩ・ｃｍ以上と高く、導電体として利用できないものは、収縮の評価を行わなかった。
実施例１−５及び比較例１−１〜１−６で調製した組成物を用いて、表４に示す条件で実施例２と同様の手法により、銅パターン（ベタ膜）を製造した。
体積抵抗率と収縮の評価は実施例２と同様に行った。結果を表４に示す。尚、体積抵抗率が１×１０8μΩ・ｃｍ以上と高く、導電体として利用できないものは、収縮の評価を行わなかった。
表４より、比較例２−１〜２−２により得られた銅パターンは、焼成時に５％以上の収縮が発生するため印刷などにより所望の塗布膜を形成しても、焼成後の収縮により所望のパターンとならないことがわかる。また比較例２−３〜２−８により得られた銅パターンは、体積抵抗率が１×１０8μΩ・ｃｍ以上と高く、導電体として利用できないことがわかる。
実施例３：インクジェット印刷による銅パターンの製造
実施例１−１３で調製した銅パターン形成用組成物を用いてインクジェット印刷を行った。インクジェット装置にはDMP−２８３１（Dimatix−Fujifilm Ink．，USA）を、インクジェットカートリッジにはDMC−１１６１０（Dimatix−Fujifilm Ink．，USA）を用いた。吐出条件は周波数５kHz、電圧１８V、カートリッジ温度６０℃とし、カートリッジヘッドと基板との距離は１ｍｍ、ドットスペーシングは２０μｍとして、ＰＩ上に２ｍｍ×２０ｍｍのラインパターンの塗布膜を作製した。次に、加熱炉中（山陽精工株式会社製、ＳＭＴ−ＳＣＯＰＥ）窒素雰囲気下、２００℃で２０分間の焼成を行い、銅パターン（ラインパターン）を製造した。窒素雰囲気は加熱炉に窒素ガスを１Ｌ／分の流量で流通させることにより作製した。
得られた銅パターンについて、実施例２−１と同様の操作により体積抵抗率を測定したところ、体積抵抗率は６．５μΩ・ｃｍであり、また収縮による断線も見られなかった。
実施例１−１３で調製した銅パターン形成用組成物を用いてインクジェット印刷を行った。インクジェット装置にはDMP−２８３１（Dimatix−Fujifilm Ink．，USA）を、インクジェットカートリッジにはDMC−１１６１０（Dimatix−Fujifilm Ink．，USA）を用いた。吐出条件は周波数５kHz、電圧１８V、カートリッジ温度６０℃とし、カートリッジヘッドと基板との距離は１ｍｍ、ドットスペーシングは２０μｍとして、ＰＩ上に２ｍｍ×２０ｍｍのラインパターンの塗布膜を作製した。次に、加熱炉中（山陽精工株式会社製、ＳＭＴ−ＳＣＯＰＥ）窒素雰囲気下、２００℃で２０分間の焼成を行い、銅パターン（ラインパターン）を製造した。窒素雰囲気は加熱炉に窒素ガスを１Ｌ／分の流量で流通させることにより作製した。
得られた銅パターンについて、実施例２−１と同様の操作により体積抵抗率を測定したところ、体積抵抗率は６．５μΩ・ｃｍであり、また収縮による断線も見られなかった。
比較例３：インクジェット印刷による銅パターンの製造
実施例１−１３で調製した銅パターン形成用組成物の代わりに、比較例１−１で調製した銅パターン形成用組成物を用いて、実施例３と同様の操作によりインクジェット印刷を行い、焼成して銅パターン（ラインパターン）を形成した。
得られた銅パターンは収縮による断線が確認され、そのため体積抵抗率の測定は不可能であった。
実施例１−１３で調製した銅パターン形成用組成物の代わりに、比較例１−１で調製した銅パターン形成用組成物を用いて、実施例３と同様の操作によりインクジェット印刷を行い、焼成して銅パターン（ラインパターン）を形成した。
得られた銅パターンは収縮による断線が確認され、そのため体積抵抗率の測定は不可能であった。
実施例４−１〜実施例４−４：ディスペンサー印刷による銅パターンの製造
実施例１−５，１−２４，１−２５及び１−２８で調製した銅パターン形成用組成物を用いて、ディスペンサー印刷を行った。ディスペンサー印刷装置には、武蔵エンジニアリング製 SHOT mini, ML-606GXを用い、針径０．１ｍｍ、基板間ギャップ０．１ｍｍの条件とし、長さ３０ｍｍのラインパターンの塗布膜をＰＩ基板上に作製した。また、膜厚については吐出圧力を調整して、焼成後の膜厚が１μｍとなるようにした。焼成は加熱炉中（山陽精工株式会社製、ＳＭＴ−ＳＣＯＰＥ）窒素雰囲気下、２００℃で２０分間の焼成を行い、銅パターン（ラインパターン）を製造した。窒素雰囲気は加熱炉に窒素ガスを１Ｌ／分の流量で流通させることにより作製した。
得られた銅パターンの線幅を測定した結果を表５に示す。
実施例１−５，１−２４，１−２５及び１−２８で調製した銅パターン形成用組成物を用いて、ディスペンサー印刷を行った。ディスペンサー印刷装置には、武蔵エンジニアリング製 SHOT mini, ML-606GXを用い、針径０．１ｍｍ、基板間ギャップ０．１ｍｍの条件とし、長さ３０ｍｍのラインパターンの塗布膜をＰＩ基板上に作製した。また、膜厚については吐出圧力を調整して、焼成後の膜厚が１μｍとなるようにした。焼成は加熱炉中（山陽精工株式会社製、ＳＭＴ−ＳＣＯＰＥ）窒素雰囲気下、２００℃で２０分間の焼成を行い、銅パターン（ラインパターン）を製造した。窒素雰囲気は加熱炉に窒素ガスを１Ｌ／分の流量で流通させることにより作製した。
得られた銅パターンの線幅を測定した結果を表５に示す。
表５より、実施例４−２〜４−４においては、銅微粒子を添加することで銅パターン形成用組成物中の銅濃度及び粘度が増加したため、ラインパターンの濡れ広がりが抑制され、同じ膜厚のパターンを作製する際に細線化が可能であった。尚、体積抵抗率はいずれの銅パターンも１０μΩ・ｃｍオーダー以下であり、導電性も維持できた。
Claims (5)
- 成分Ａ：式（１）で表されるβ−ケトカルボン酸銅化合物１ｍｏｌに対して、
成分Ｂ：沸点が２５０℃以下のアミン化合物０．１〜５００ｍｏｌと、
成分Ｃ−１：ｐＫａが４以下の有機酸０．０１〜２０ｍｏｌ、及び成分Ｃ−２：ｐＫａが４以下の有機酸と銅からなる有機酸銅化合物０．０１〜１００ｍｏｌの少なくとも１種とを含有する銅パターン形成用組成物。
- 成分Ｃ−１がギ酸である、請求項１記載の銅パターン形成用組成物。
- 成分Ｃ−２がギ酸銅である、請求項１記載の銅パターン形成用組成物。
- 請求項１〜３のいずれかに記載の銅パターン形成用組成物を基板上に印刷する工程と、不活性ガス雰囲気中１２０〜２５０℃で焼成する工程とを含む銅パターンの製造方法。
- 請求項４記載の製造方法により得た銅パターン。
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