JPWO2019098196A1 - 組成物、導体及びその製造方法、並びに構造体 - Google Patents
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Abstract
Description
本実施形態に係る組成物は、銅粒子(A)と有機溶剤(B)とを含有する。
銅粒子は、熱伝導率及び焼結性の観点から銅が主成分であることが好ましい。銅粒子における銅が占める元素割合は、水素、炭素、酸素を除く全元素を基準として、80原子%以上、90原子%以上、又は95原子%以上であってもよい。銅が占める元素割合が80原子%以上であると、銅に由来する熱伝導率及び焼結性が発現し易い傾向にある。
本実施形態に係る組成物は、有機溶剤を含有する。有機溶剤は、20℃における蒸気圧が200Pa以上20kPa以下である第1の有機溶剤及び20℃における蒸気圧が0.5Pa以上200Pa未満である第2の有機溶剤を含む。有機溶剤は、第1の有機溶剤及び第2の有機溶剤からなるもの(すなわち、20℃における蒸気圧が0.5Pa未満の有機溶剤及び20℃における蒸気圧が20kPaを超える有機溶剤を含まないもの)であってもよい。蒸気圧の異なる有機溶剤を含有する組成物をエアロゾルジェット印刷に適用すると、組成物の霧化が容易となり、充分な厚みを有する配線を形成することができる。この理由は必ずしも定かではないが、銅粒子は充分な量の有機溶剤に分散していることによって、微小な液滴が発生し易い傾向にある。揮発性の高い第1の有機溶剤(B1)は、霧化を促進するとともに、エアロゾルジェットノズルに到達するまでに揮発することによって、液滴における固形分比率を高めることが予想され、結果として、充分な厚みを有する配線を形成することが可能となり得る。一方で、揮発性の低い第2の有機溶剤(B2)は、揮発せずに液滴にとどまり続けることが予想され、組成物濃度を一定に保ち、印刷性能を保持することが可能となり得る。
第1の有機溶剤は、20℃における蒸気圧が200Pa以上20kPa以下であれば、特に制限されずに、公知の有機溶剤を使用することができる。第1の有機溶剤の20℃における蒸気圧は、210Pa以上、220Pa以上、230Pa以上、240Pa以上、又は250Pa以上であってもよい。第1の有機溶剤の20℃における蒸気圧は、15kPa以下、12kPa以下、10kPa以下、8kPa以下、又は6kPa以下であってもよい。
第2の有機溶剤は、20℃における蒸気圧が0.5Pa以上200Pa未満であれば、特に制限されずに、公知の有機溶剤を使用することができる。第2の有機溶剤の20℃における蒸気圧は、0.6Pa以上、0.7Pa以上、0.8Pa以上、0.9Pa以上、又は1Pa以上であってもよい。第2の有機溶剤の20℃における蒸気圧は、190Pa以下、180Pa以下、150Pa以下、100Pa以下、50Pa以下又は30Pa以下であってもよい。
組成物は、必要に応じて、銅粒子及び有機溶剤以外の成分をその他の成分として含有していてもよい。このような成分としては、例えば、シランカップリング剤、高分子化合物(樹脂)、ラジカル開始剤、還元剤等が挙げられる。
本実施形態に係る導体の製造方法は、上述した実施形態に係る組成物を霧化する工程(霧化工程)と、霧化された組成物を印刷する工程(印刷工程)と、を備える。
本実施形態に係る導体は、上述した実施形態に係る組成物を焼結させてなる焼結体を含む。導体の形状としては、例えば、薄膜状、パターン状等が挙げられる。本実施形態に係る導体は、種々の電子部品の配線、被膜等の形成に使用できる。本実施形態に係る導体は、細線(例えば、線幅200μm以下)であっても、充分な厚み(例えば、1μm以上)を有するものとなるため、MIDに好適に用いることができる。また、本実施形態に係る導体は、通電を目的としない装飾、印字等の用途にも好適に用いられる。さらに、本実施形態に係る導体は、めっきシード層としても好適に用いることができる。めっきシード層として用いる場合、めっきシード層上に形成されるめっき層に用いる金属の種類は、特に制限されないが、めっきの方法も電解めっき又は無電解めっきのいずれであってもよい。
本実施形態に係る構造体は、基材と基材上に設けられた上述した実施形態に係る導体とを備える。基材の材質は、特に制限されないが、導電性を有していても有していなくてもよい。具体的には、Cu、Au、Pt、Pd、Ag、Zn、Ni、Co、Fe、Al、Sn等の金属、これら金属の合金、ITO、ZnO、SnO、Si等の半導体、ガラス、セラミック、黒鉛、グラファイト等のカーボン材料、樹脂、紙、これらの組み合わせなどを挙げることができる。上述した実施形態に係る導体は、低温(例えば、300℃以下)で形成可能であることから、比較的耐熱性の低い樹脂基材上にも、金属箔、配線パターン等を形成することが可能となり得る。耐熱性の低い樹脂としては、例えば、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリメチルペンテン樹脂等のポリオレフィン樹脂、ポリカーボネート樹脂などが挙げられる。基材の形状は、特に制限されないが、フィルム、シート、板、曲面を有する形状等の任意の形状を選択することができる。
[組成物の調製]
以下に示す銅粒子(A)65質量部と表1、表2、及び表3に示す割合(質量比)の有機溶剤(B)35質量部とを混合し、実施例1〜12及び比較例1〜36の組成物をそれぞれ調製した。実施例1〜12及び比較例1〜36の組成物の25℃における粘度を表1、表2、及び表3に示す。
銅粒子として、球状銅粒子(A1)とフレーク状銅粒子(A2)とを70:30(質量比)で混合したもの(フレーク状銅粒子(A2)の含有量に対する球状銅粒子(A1)の含有量の割合:2.3)を用いた。
球状銅粒子(A1):製品名:CH0200、三井金属鉱業株式会社、メジアン径(D50):0.15μm
フレーク状銅粒子(A2):製品名:1050YF、三井金属鉱業株式会社、メジアン径(D50):1.4μm
第1の有機溶剤(B1)
シクロヘキサノン(B1−1)(20℃蒸気圧:260Pa)
エタノール(B1−2)(20℃蒸気圧:5.95kPa)
第2の有機溶剤(B2)
グリセリン(B2−1)(20℃蒸気圧:1Pa)
テルピネオール(B2−2)(20℃蒸気圧:13Pa)
その他の有機溶剤(B3)(20℃蒸気圧が20kPaを超える有機溶剤)
アセトン(B3−1)(20℃蒸気圧:24.7kPa)
ジエチルエーテル(B3−2)(20℃蒸気圧:58.6kPa)
得られた実施例1〜12及び比較例1〜36の組成物を、エアロゾルジェット印刷機(OPTOMEC社製)を用いて、LCP(液晶ポリマー)基板(三菱エンジニアリングプラスチックス株式会社製)又はPC(ポリカーボネート)基板(三菱エンジニアリングプラスチックス株式会社製)に印刷し、配線パターンを形成した。その後、印刷された組成物を、還元性雰囲気下、225℃で60分間加熱すること又はフォーミングガス(5%水素、95%窒素のガス)を吹き付けながらレーザーを照射することによって銅粒子を焼結させ、配線パターン(導体)を備える構造体を得た。
エアロゾルジェット印刷機のノズルから組成物を印刷可能であった場合を「A」と評価し、印刷不可であった場合を「B」と評価した。結果を表4、表5、及び表6に示す。
エアロゾルジェット印刷機のノズルから組成物を印刷可能であった場合において、基板上の高さ5mmの凹凸面に対して作製した配線を、デジタルマルチメータ抵抗計(三和電気計器株式会社製CD800a)を用い、3cm間の2点で抵抗値を測定したとき、抵抗値が50Ω未満であった場合を「A」、50〜100Ωであった場合を「B」、100Ωを超えた場合を「C」として評価した。結果を表4、表5、及び表6に示す。
エアロゾルジェット印刷機のノズルから組成物を印刷可能であった場合において、基板上の配線の厚みを、非接触表面・層断面形状計測システム(VertScan、株式会社菱化システム)を測定した。配線の厚みが3.0μmを超えた場合を「A」、1.0〜3.0μmであった場合を「B」、1.0μm未満であった場合を「C」と評価した。結果を表4、表5、及び表6に示す。
Claims (8)
- 銅粒子と、
有機溶剤と、
を含有し、
前記有機溶剤が、20℃における蒸気圧が200Pa以上20kPa以下である第1の有機溶剤及び20℃における蒸気圧が0.5Pa以上200Pa未満である第2の有機溶剤を含む、組成物。 - 前記銅粒子の含有量が、組成物全質量100質量部に対して、20〜80質量部である、請求項1に記載の組成物。
- 前記組成物の25℃における粘度が50〜3000mPa・sである、請求項1又は2に記載の組成物。
- エアロゾルジェット印刷用である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の組成物。
- 請求項1〜4のいずれか一項に記載の組成物を霧化する工程と、
霧化された前記組成物を印刷する工程と、
を備える、導体の製造方法。 - 印刷された前記組成物を焼結させる工程をさらに備える、請求項5に記載の導体の製造方法。
- 請求項1〜4のいずれか一項に記載の組成物を焼結させてなる焼結体を含む、導体。
- 基材と、前記基材上に設けられた、請求項7に記載の導体と、を備える、構造体。
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