JPWO2019116978A1 - Metal ink, metal ink manufacturing method, and base material manufacturing method with metal pattern - Google Patents
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Abstract
基材上に塗布されて金属パターンを形成するための金属インクは、金属コロイドと分散媒とを含む。前記基材は、少なくとも前記金属パターンを形成する領域が熱可塑性樹脂を含む。前記分散媒と前記金属コロイドとのハンセン溶解度パラメータの距離Dcが10MPa0.5以下であり、前記分散媒と前記熱可塑性樹脂とのハンセン溶解度パラメータの距離Dsが10MPa0.5以上である。The metal ink applied on the substrate to form a metal pattern contains a metal colloid and a dispersion medium. The base material contains a thermoplastic resin at least in a region forming the metal pattern. The distance Dc of the Hansen solubility parameter between the dispersion medium and the metal colloid is 10 MPa0.5 or less, and the distance Ds of the Hansen solubility parameter between the dispersion medium and the thermoplastic resin is 10 MPa0.5 or more.
Description
本発明は、金属コロイドを含む金属インクおよびその製造方法、ならびに金属インクを用いる金属パターンを備える基材の製造方法に関する。 The present invention relates to a metal ink containing a metal colloid and a method for producing the same, and a method for producing a base material having a metal pattern using the metal ink.
配線パターンや電極の導電層などの金属パターンを形成する際に、金属ナノ粒子を含む金属インクが使用されている。金属インクは、金属パターンを形成する際に、基材の表面に塗布される。基材の表面には、樹脂膜などが形成されている(例えば、特許文献1)。 Metal inks containing metal nanoparticles are used to form metal patterns such as wiring patterns and conductive layers of electrodes. The metal ink is applied to the surface of the base material when forming the metal pattern. A resin film or the like is formed on the surface of the base material (for example, Patent Document 1).
様々な熱可塑性樹脂で形成された基材上に直接金属パターンを形成することができれば、基材表面を、樹脂膜で被覆する工程を省略することができるため、簡便である。しかし、多くの熱可塑性樹脂は耐溶剤性が低く、金属インクに含まれる分散媒により溶解し易い。金属インクにより基材が溶解すると、抵抗が大きくなったり、金属パターンの精度が低下したり、製品不良が生じたりする。一方、熱可塑性樹脂を溶解しない分散媒を用いると、金属インク中の金属コロイドの安定性が低下する。 If the metal pattern can be formed directly on the base material formed of various thermoplastic resins, the step of coating the base material surface with the resin film can be omitted, which is convenient. However, many thermoplastic resins have low solvent resistance and are easily dissolved by the dispersion medium contained in the metal ink. When the base material is dissolved by the metal ink, the resistance is increased, the accuracy of the metal pattern is lowered, and the product is defective. On the other hand, if a dispersion medium that does not dissolve the thermoplastic resin is used, the stability of the metal colloid in the metal ink is lowered.
本発明の一局面は、基材上に塗布されて金属パターンを形成するための金属インクであって、
金属コロイドと分散媒とを含み、
前記基材は、少なくとも前記金属パターンを形成する領域が熱可塑性樹脂を含み、
前記分散媒と前記金属コロイドとのハンセン溶解度パラメータの距離Dcが10MPa0.5以下であり、
前記分散媒と前記熱可塑性樹脂とのハンセン溶解度パラメータの距離Dsが10MPa0.5以上である、金属インクに関する。One aspect of the present invention is a metal ink that is applied onto a substrate to form a metal pattern.
Contains metal colloids and dispersion media
The base material contains a thermoplastic resin at least in a region forming the metal pattern.
The distance Dc of the Hansen solubility parameter between the dispersion medium and the metal colloid is 10 MPa 0.5 or less.
The present invention relates to a metal ink in which the distance Ds of the Hansen solubility parameter between the dispersion medium and the thermoplastic resin is 10 MPa 0.5 or more.
本発明の他の局面は、金属コロイドと分散媒とを含み、かつ基材上に塗布されて金属パターンを形成するための金属インクの製造方法であって、
前記基材は、少なくとも前記金属パターンを形成する領域が熱可塑性樹脂を含み、
前記分散媒と前記金属コロイドとのハンセン溶解度パラメータの距離Dcが10MPa0.5以下であり、かつ前記分散媒と前記熱可塑性樹脂とのハンセン溶解度パラメータの距離Dsが10MPa0.5以上である前記分散媒を準備する工程と、
前記金属コロイドが前記分散媒中に分散された金属インクを調製する工程と、を備える、金属インクの製造方法に関する。Another aspect of the present invention is a method for producing a metal ink containing a metal colloid and a dispersion medium and being applied onto a substrate to form a metal pattern.
The base material contains a thermoplastic resin at least in a region forming the metal pattern.
Prepare the dispersion medium in which the distance Dc of the Hansen solubility parameter between the dispersion medium and the metal colloid is 10 MPa 0.5 or less, and the distance Ds of the Hansen solubility parameter between the dispersion medium and the thermoplastic resin is 10 MPa 0.5 or more. And the process to do
The present invention relates to a method for producing a metal ink, which comprises a step of preparing a metal ink in which the metal colloid is dispersed in the dispersion medium.
本発明のさらに他の局面は、基材上に、金属インクを塗布して金属パターンを形成する工程、を備え、
前記基材は、少なくとも前記金属パターンを形成する領域が熱可塑性樹脂を含み、
前記金属インクは、金属コロイドと分散媒とを含み、
前記分散媒と前記金属コロイドとのハンセン溶解度パラメータの距離Dcが10MPa0.5以下であり、
前記分散媒と前記熱可塑性樹脂とのハンセン溶解度パラメータの距離Dsが10MPa0.5以上である、金属パターンを備える基材の製造方法に関する。Yet another aspect of the present invention comprises a step of applying a metal ink onto a substrate to form a metal pattern.
The base material contains a thermoplastic resin at least in a region forming the metal pattern.
The metal ink contains a metal colloid and a dispersion medium.
The distance Dc of the Hansen solubility parameter between the dispersion medium and the metal colloid is 10 MPa 0.5 or less.
The present invention relates to a method for producing a base material having a metal pattern, wherein the distance Ds of the Hansen solubility parameter between the dispersion medium and the thermoplastic resin is 10 MPa 0.5 or more.
金属インク中の金属コロイドの高い安定性を確保できるとともに、基材の熱可塑性樹脂を含む領域上に金属インクを用いて金属パターンを形成する際に、基材の溶解を抑制することができる。 High stability of the metal colloid in the metal ink can be ensured, and dissolution of the base material can be suppressed when a metal pattern is formed using the metal ink on the region containing the thermoplastic resin of the base material.
本発明の新規な特徴を添付の請求の範囲に記述するが、本発明は、構成および内容の両方に関し、本発明の他の目的および特徴と併せ、図面を照合した以下の詳細な説明によりさらによく理解されるであろう。 Although the novel features of the present invention are described in the appended claims, the present invention is further described in the following detailed description collating the drawings with respect to both the structure and the content, together with the other objects and features of the present invention. It will be well understood.
金属パターンの形成に利用される金属インクでは、金属インク中での金属コロイドの安定性(具体的には、分散安定性)を確保する必要がある。一方、エレクトロニクス分野では、近年、熱可塑性樹脂で形成された基板上に金属インクを用いて配線パターンを形成する技術が検討されている。しかし、金属コロイドの安定性を確保し易い分散媒は、熱可塑性樹脂を溶解し易い。また、金属インクでは、基材と金属インクとの親和性、金属インクに含まれる分散媒の揮発性などもバランスよく調節する必要がある。 In the metal ink used for forming the metal pattern, it is necessary to ensure the stability of the metal colloid (specifically, the dispersion stability) in the metal ink. On the other hand, in the electronics field, in recent years, a technique for forming a wiring pattern using a metal ink on a substrate made of a thermoplastic resin has been studied. However, the dispersion medium that easily secures the stability of the metal colloid easily dissolves the thermoplastic resin. Further, in the case of metal ink, it is necessary to adjust the affinity between the base material and the metal ink and the volatility of the dispersion medium contained in the metal ink in a well-balanced manner.
本発明の一局面に係る金属インクは、金属コロイドと分散媒とを含み、基材上に塗布されて金属パターンを形成するための金属インクである。基材は、少なくとも金属パターンを形成する領域が熱可塑性樹脂を含む。分散媒と金属コロイドとのハンセン溶解度パラメータ(HSP)の距離Dcは、10MPa0.5以下であり、分散媒と熱可塑性樹脂とのHSPの距離Dsは、10MPa0.5以上である。なお、溶解度パラメータは、物質間の親和性の尺度を表すものであり、HSPは、分散項dD、極性項dP、および水素結合項dHの三次元的なベクトルで表される。また、本発明の他の局面には、基材上に塗布して金属パターンを形成するための上記金属インクの使用も含まれる。The metal ink according to one aspect of the present invention is a metal ink containing a metal colloid and a dispersion medium and applied on a base material to form a metal pattern. The base material contains a thermoplastic resin at least in a region forming a metal pattern. The distance Dc of the Hansen solubility parameter (HSP) between the dispersion medium and the metal colloid is 10 MPa 0.5 or less, and the distance Ds of the HSP between the dispersion medium and the thermoplastic resin is 10 MPa 0.5 or more. The solubility parameter represents a measure of affinity between substances, and HSP is represented by a three-dimensional vector of a dispersion term dD, a polar term dP, and a hydrogen bond term dH. Another aspect of the present invention also includes the use of the metal ink for coating on a substrate to form a metal pattern.
このような金属インクは、分散媒と金属コロイドとのHSPの距離Dcが10MPa0.5以下であり、かつ分散媒と熱可塑性樹脂とのHSPの距離Dsが10MPa0.5以上である分散媒を準備する工程と、金属コロイドが分散媒中に分散された金属インクを調製する工程と、を備える、製造方法により製造できる。本発明のさらに他の局面には、このような金属インクの製造方法も包含される。Such a metal ink is a step of preparing a dispersion medium in which the distance Dc of HSP between the dispersion medium and the metal colloid is 10 MPa 0.5 or less and the distance Ds of HSP between the dispersion medium and the thermoplastic resin is 10 MPa 0.5 or more. It can be produced by a production method including a step of preparing a metal ink in which a metal colloid is dispersed in a dispersion medium. Yet another aspect of the present invention also includes methods for producing such metal inks.
本発明の別の局面には、基材上に、金属インクを塗布して金属パターンを形成する工程、を備える金属パターンを備える基材の製造方法も包含される。ここで、基材は、少なくとも金属パターンを形成する領域が熱可塑性樹脂を含む。金属インクは、金属コロイドと分散媒とを含む。分散媒と金属コロイドとのハンセン溶解度パラメータの距離Dcは、10MPa0.5以下であり、分散媒と熱可塑性樹脂とのハンセン溶解度パラメータの距離Dsは、10MPa0.5以上である。また、本発明のさらに別の局面には、金属パターンを備える基材の製造方法における上記金属インクの使用も包含される。Another aspect of the present invention also includes a method of manufacturing a base material having a metal pattern, which comprises a step of applying a metal ink on the base material to form a metal pattern. Here, the base material contains a thermoplastic resin at least in a region forming a metal pattern. The metal ink contains a metal colloid and a dispersion medium. The distance Dc of the Hansen solubility parameter between the dispersion medium and the metal colloid is 10 MPa 0.5 or less, and the distance Ds of the Hansen solubility parameter between the dispersion medium and the thermoplastic resin is 10 MPa 0.5 or more. Yet another aspect of the present invention also includes the use of the metal ink in a method of producing a substrate having a metal pattern.
本発明の上記局面によれば、分散媒と金属コロイドとのHSPの距離Dcを、10MPa0.5以下、分散媒と基材(具体的には、熱可塑性樹脂)とのHSPの距離Dsを、10MPa0.5以上に調節する。これにより、金属インク中の金属コロイドの高い安定性を確保することができるとともに、基材の熱可塑性樹脂を含む領域上に金属インクを塗布する場合の基材の溶解を抑制することができる。金属インクによる基材(具体的には、熱可塑性樹脂)の溶解が抑制されることで、金属パターンの抵抗が増加することを抑制できる。また、金属インク中の金属コロイドの安定性が高いことで、金属インクを長期間安定に保管することができる。なお、金属コロイドは、通常、金属粒子と金属粒子に配位した分散剤とを含む。本発明の上記局面では、金属コロイドのHSPに基づいて、距離Dcを算出する。これにより、分散剤や分散剤の金属粒子に対する親和性が低い有機基(疎水性基など)のHSPと分散媒のHSPとの距離を利用する場合に比べて、金属コロイドに適した分散媒を高い精度で選定することができるため、金属インク中の金属コロイドの高い安定性を確保することができる。According to the above aspect of the present invention, the distance Dc of HSP between the dispersion medium and the metal colloid is 10 MPa 0.5 or less, and the distance Ds of HSP between the dispersion medium and the base material (specifically, the thermoplastic resin) is 10 MPa. Adjust to 0.5 or more. As a result, high stability of the metal colloid in the metal ink can be ensured, and dissolution of the base material when the metal ink is applied on the region containing the thermoplastic resin of the base material can be suppressed. By suppressing the dissolution of the base material (specifically, the thermoplastic resin) by the metal ink, it is possible to suppress the increase in the resistance of the metal pattern. Further, since the metal colloid in the metal ink has high stability, the metal ink can be stably stored for a long period of time. The metal colloid usually contains metal particles and a dispersant coordinated to the metal particles. In the above aspect of the present invention, the distance Dc is calculated based on the HSP of the metal colloid. As a result, a dispersion medium suitable for metal colloids can be obtained as compared with the case where the distance between the HSP of an organic group (hydrophobic group, etc.) having a low affinity for the metal particles of the dispersant or the dispersant and the HSP of the dispersion medium is used. Since it can be selected with high accuracy, high stability of the metal colloid in the metal ink can be ensured.
なお、距離DcおよびDsは、次のようにして求めることができる。
まず、金属インクを遠心分離して沈降した沈降物と、上澄み液とをそれぞれ回収する。上澄み液に含まれる分散媒の種類と、組成(混合物である場合には、混合比)とを、ガスクロマトグラフィー分析することにより求める。そして、この種類と組成から、HSP計算ソフトHSPiP(HSPおよびHSPiPの公式サイトより入手可能)を用いて分散媒のHSPの分散項dD、極性項dP、および水素結合項dHを求める。The distances Dc and Ds can be obtained as follows.
First, the sediment obtained by centrifuging the metal ink and the supernatant liquid are collected. The type of dispersion medium contained in the supernatant and the composition (mixing ratio in the case of a mixture) are determined by gas chromatography analysis. Then, from this kind and composition, the dispersion term dD, the polarity term dP, and the hydrogen bond term dH of the dispersion medium HSP are obtained using the HSP calculation software HSPiP (available from the official websites of HSP and HSPiP).
上記の沈降物(金属コロイド)および基材(熱可塑性樹脂)のHSPについては、表1に示す23種類の媒体に対するそれぞれの溶解性を試験することにより求められる。 The HSP of the above-mentioned sediment (metal colloid) and base material (thermoplastic resin) can be determined by testing the solubility of each of the 23 types of media shown in Table 1.
金属コロイドのHSPは、具体的には、次のようにして求められる。上記の沈降物を表1の各媒体中に、濃度が0.1質量%となるように添加し、ローラー型シェーカーにより室温(25℃)で10分攪拌する。攪拌後、室温(25℃)で1時間静置して、金属コロイドが分散していれば1とし、沈殿していれば0とする。各媒体のHSP(つまり、dD、dPおよびdH)を三次元的にプロットし、金属コロイドが分散している媒体のHSP分布から、ハンセンの溶解球と呼ばれる球を作成し、この球の中心座標を金属コロイドのHSPとする。 Specifically, the HSP of the metal colloid is obtained as follows. The above sediment is added to each medium in Table 1 so as to have a concentration of 0.1% by mass, and the mixture is stirred with a roller shaker at room temperature (25 ° C.) for 10 minutes. After stirring, the mixture is allowed to stand at room temperature (25 ° C.) for 1 hour, and if the metal colloid is dispersed, it is set to 1, and if it is precipitated, it is set to 0. The HSP of each medium (that is, dD, dP and dH) is plotted three-dimensionally, and from the HSP distribution of the medium in which the metal colloid is dispersed, a sphere called Hansen's melting sphere is created, and the center coordinates of this sphere are created. Let be HSP of metal colloid.
基板(熱可塑性樹脂)のHSPは、次のようにして求められる。基板(少なくとも金属パターンが形成される領域(熱可塑性樹脂が含まれる領域)を含む部分)を切り出した小片0.4gを、表1の各媒体2mLに投入し、室温(25℃)で24時間放置する。そして、放置後の小片の変化を目視で観察し、小片が溶解したり、小片にクラックが発生したりしていれば1とし、小片に変化がなければ0とする。各媒体のHSP(つまり、dD、dPおよびdH)を三次元的にプロットし、小片の溶解またはクラックが見られる媒体のHSP分布から、ハンセンの溶解球と呼ばれる球を作成し、この球の中心座標を基板(熱可塑性樹脂)のHSPとする。
このようにして求められる分散媒および金属コロイドのそれぞれのHSPから、距離Dc(MPa0.5)が算出される。また、分散媒および基板(熱可塑性樹脂)のそれぞれのHSPから、距離Ds(MPa0.5)が算出される。The HSP of the substrate (thermoplastic resin) is obtained as follows. 0.4 g of small pieces cut out from the substrate (at least the portion including the region where the metal pattern is formed (the region containing the thermoplastic resin)) was put into 2 mL of each medium in Table 1 and charged at room temperature (25 ° C.) for 24 hours. put. Then, the change of the small piece after being left is visually observed, and if the small piece is melted or a crack is generated in the small piece, it is set to 1, and if there is no change in the small piece, it is set to 0. The HSP of each medium (that is, dD, dP and dH) is plotted three-dimensionally, and from the HSP distribution of the medium in which lysis or cracking of small pieces is seen, a sphere called Hansen's lysis sphere is created and the center of this sphere. Let the coordinates be the HSP of the substrate (thermoplastic resin).
The distance Dc (MPa 0.5 ) is calculated from each HSP of the dispersion medium and the metal colloid thus obtained. Further, the distance Ds (MPa 0.5 ) is calculated from each HSP of the dispersion medium and the substrate (thermoplastic resin).
熱可塑性樹脂は、ポリカーボネート樹脂、スチレン樹脂、およびポリエステル樹脂からなる群より選択される少なくとも一種を含むことが好ましい。このような熱可塑性樹脂は、成形加工し易く、強度も高いため、金属パターンを形成する際の基材の材料として適しているが、金属インクに利用されるような分散媒に対して溶解し易い。本発明の上記局面によれば、基材の、このような熱可塑性樹脂を含む領域に金属インクを塗布する場合でも、基材(具体的には、熱可塑性樹脂)の溶解を抑制することができる。 The thermoplastic resin preferably contains at least one selected from the group consisting of polycarbonate resin, styrene resin, and polyester resin. Such a thermoplastic resin is suitable as a base material for forming a metal pattern because it is easy to mold and has high strength, but it dissolves in a dispersion medium such as that used for metal inks. easy. According to the above aspect of the present invention, even when the metal ink is applied to the region of the base material containing such a thermoplastic resin, it is possible to suppress the dissolution of the base material (specifically, the thermoplastic resin). it can.
金属インク中の金属コロイドの高い安定性をさらに確保し易くなる観点からは、距離Dcは、8.6MPa0.5以下であることが好ましい。また、塗膜の焼結性を高めることができ、金属パターンの抵抗値の上昇を抑制し易い観点からは、距離Dcは3MPa0.5以上であることが好ましい。From the viewpoint of further ensuring high stability of the metal colloid in the metal ink, the distance Dc is preferably 8.6 MPa 0.5 or less. Further, from the viewpoint that the sinterability of the coating film can be improved and the increase in the resistance value of the metal pattern can be easily suppressed, the distance Dc is preferably 3 MPa 0.5 or more.
距離Dsは、15MPa0.5以下であることが好ましい。この場合、基板に対する金属インクの高い濡れ性を確保し易く、金属インクが基板上ではじかれるのを抑制できる。The distance Ds is preferably 15 MPa 0.5 or less. In this case, it is easy to secure high wettability of the metal ink on the substrate, and it is possible to prevent the metal ink from being repelled on the substrate.
金属コロイドに含まれる金属は、銀、銀合金、銅、および銅合金からなる群より選択される少なくとも一種が好ましい。これらの金属は、導電性が高く、配線パターンなどの金属パターンを形成するのに適している。 The metal contained in the metal colloid is preferably at least one selected from the group consisting of silver, silver alloys, copper, and copper alloys. These metals have high conductivity and are suitable for forming metal patterns such as wiring patterns.
金属コロイドは、金属ナノ粒子と、金属ナノ粒子に配位した分散剤とを含み、金属ナノ粒子の平均粒子径は、5nm以上400nm以下であることが好ましい。このような金属コロイドを用いる場合、金属インク中の金属ナノ粒子の高い安定性(具体的には、分散安定性)を確保し易くなる。また、金属ナノ粒子のナノサイズ効果により、金属の融点よりも低い温度で融着するため、基材上に形成された金属インクの塗膜を比較的低温で焼成することができ、得られる金属パターン(金属膜)の抵抗を低減し易くなる。また、比較的低温で焼成することができるため、熱可塑性樹脂を含む基材の熱による劣化や変形を抑制することもできる。 The metal colloid contains metal nanoparticles and a dispersant coordinated to the metal nanoparticles, and the average particle size of the metal nanoparticles is preferably 5 nm or more and 400 nm or less. When such a metal colloid is used, it becomes easy to secure high stability (specifically, dispersion stability) of the metal nanoparticles in the metal ink. Further, due to the nanosize effect of the metal nanoparticles, the metal is fused at a temperature lower than the melting point of the metal, so that the coating film of the metal ink formed on the base material can be fired at a relatively low temperature, and the obtained metal can be fired. It becomes easy to reduce the resistance of the pattern (metal film). Further, since it can be fired at a relatively low temperature, it is possible to suppress deterioration and deformation of the base material containing the thermoplastic resin due to heat.
金属コロイドに含まれる分散剤は、C4-16アルキルアミンを含むことが好ましい。この場合、温和な条件下でも金属膜を形成することができるため、熱可塑性樹脂を含む基材の劣化や変形を抑制することができる。The dispersant contained in the metal colloid preferably contains C 4-16 alkylamine. In this case, since the metal film can be formed even under mild conditions, deterioration and deformation of the base material containing the thermoplastic resin can be suppressed.
以下に、金属インクおよびその製造方法、ならびに金属パターンを備える基板の製造方法について、より詳細に説明する。 Hereinafter, the metal ink and its manufacturing method, and the manufacturing method of the substrate provided with the metal pattern will be described in more detail.
[金属インク]
金属インクは、分散媒と、分散媒中に分散した金属コロイドとを含む。金属コロイドは、通常、金属粒子を含んでおり、金属粒子と金属粒子に配位した分散剤とを含むことが多い。金属インクは、これらの成分以外に、重合反応性化合物、重合開始剤などを含むことができる。また、金属インクは、基材の表面に塗布して形成された塗膜を焼成することにより、金属パターンを形成させる焼成型の金属インクであることが好ましい。[Metal ink]
The metal ink contains a dispersion medium and a metal colloid dispersed in the dispersion medium. The metal colloid usually contains metal particles, and often contains metal particles and a dispersant coordinated to the metal particles. In addition to these components, the metal ink can contain a polymerization reactive compound, a polymerization initiator and the like. Further, the metal ink is preferably a firing type metal ink that forms a metal pattern by firing a coating film formed by coating on the surface of a base material.
(金属粒子)
金属粒子を形成する金属材料としては、金属単体や合金などが用いられる。
金属単体または合金に含まれる金属元素としては、典型金属元素、遷移金属元素などが挙げられる。典型金属元素としては、例えば、Zn、Al、Ga、In、Ge、Sn、Pb、Sb、Biなどが挙げられる。遷移金属元素としては、例えば、Ti、Zr、V、Cr、Mn、Fe、Ru、Co、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Auなどが挙げられる。合金は、これらの金属元素を二種以上含むものが好ましい。金属元素としては、Al、Sn、Ti、Ni、Pt、Cu、Ag、Auなどが好ましい。金属材料(金属コロイドに含まれる金属)としては、Ag、Ag合金、Cu、およびCu合金が好ましく、中でも、AgおよびAg合金が好ましい。これらの金属は、導電性が高く、配線パターンなどの金属パターンを形成するのに適している。(Metal particles)
As the metal material forming the metal particles, a simple substance of a metal, an alloy, or the like is used.
Examples of the metal element contained in the elemental metal or the alloy include a typical metal element and a transition metal element. Typical metal elements include, for example, Zn, Al, Ga, In, Ge, Sn, Pb, Sb, Bi and the like. Examples of the transition metal element include Ti, Zr, V, Cr, Mn, Fe, Ru, Co, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au and the like. The alloy preferably contains two or more of these metal elements. As the metal element, Al, Sn, Ti, Ni, Pt, Cu, Ag, Au and the like are preferable. As the metal material (metal contained in the metal colloid), Ag, Ag alloy, Cu, and Cu alloy are preferable, and Ag and Ag alloy are particularly preferable. These metals have high conductivity and are suitable for forming metal patterns such as wiring patterns.
金属インクは、材料が異なる複数種の金属粒子を含んでいてもよい。例えば、金属インクは、Ag、Ag合金、Cu、またはCu合金で形成された第1金属粒子と、前記例示の金属のうちAgおよびCu以外の金属単体またはAg合金およびCu合金以外の合金で形成された第2金属粒子とを組み合わせて含んでもよい。この場合、金属粒子全体に占める第1金属粒子の割合は、80質量%以上であることが好ましく、80質量%以上99質量%以下または85質量%以上99質量%以下であってもよい。 The metal ink may contain a plurality of types of metal particles made of different materials. For example, the metal ink is formed of a first metal particle formed of Ag, Ag alloy, Cu, or Cu alloy, and a single metal other than Ag and Cu or an alloy other than Ag alloy and Cu alloy among the above-exemplified metals. It may be contained in combination with the generated second metal particles. In this case, the ratio of the first metal particles to the total metal particles is preferably 80% by mass or more, and may be 80% by mass or more and 99% by mass or less, or 85% by mass or more and 99% by mass or less.
金属粒子の平均粒子径は、例えば、5nm以上1500nm以下である。
金属インクは、金属粒子として金属ナノ粒子を含むことが好ましい。このような金属インクは金属ナノインクとも呼ばれる。金属ナノ粒子を含む金属コロイドを用いると、金属ナノ粒子のナノサイズ効果により、基材上に形成された金属インクの塗膜を比較的低温で焼成することができるため、得られる金属パターンの抵抗を低減し易くなるとともに、熱可塑性樹脂を含む基材の熱による劣化や変形を抑制することもできる。金属ナノ粒子の平均粒子径は、5nm以上1000nm未満の範囲から選択できる。金属ナノ粒子の平均粒子径は、5nm以上500nm以下(または5nm以上400nm以下)であることが好ましく、5nm以上200nm以下または5nm以上100nm以下であることがさらに好ましい。このような平均粒子径を有する金属ナノ粒子を用いることで、金属ナノ粒子間の接触を高めることができるとともに、比較的低い温度でも金属ナノ粒子同士が融着しやすくなるため、金属ナノインクを用いて形成される金属パターンの導電性が高まり易い。The average particle size of the metal particles is, for example, 5 nm or more and 1500 nm or less.
The metal ink preferably contains metal nanoparticles as metal particles. Such metal inks are also called metal nano inks. When a metal colloid containing metal nanoparticles is used, the coating film of the metal ink formed on the substrate can be fired at a relatively low temperature due to the nano-size effect of the metal nanoparticles, so that the resistance of the obtained metal pattern can be obtained. It is possible to easily reduce the amount of ink, and it is also possible to suppress deterioration and deformation of the base material containing the thermoplastic resin due to heat. The average particle size of the metal nanoparticles can be selected from the range of 5 nm or more and less than 1000 nm. The average particle size of the metal nanoparticles is preferably 5 nm or more and 500 nm or less (or 5 nm or more and 400 nm or less), and more preferably 5 nm or more and 200 nm or less or 5 nm or more and 100 nm or less. By using metal nanoparticles having such an average particle size, it is possible to enhance the contact between the metal nanoparticles and to facilitate the fusion of the metal nanoparticles even at a relatively low temperature. Therefore, the metal nanoparticles are used. The conductivity of the metal pattern formed is likely to increase.
なお、本明細書中、平均粒子径とは、体積基準の粒度分布の累積体積50%における粒径(D50)である。平均粒子径(D50)は、レーザー回折式の粒度分布測定装置を用いて、レーザー回折散乱法によって測定することができる。また、金属粒子の平均粒子径は、金属インクの塗膜の走査型電子顕微鏡(SEM)写真において、任意に選択した複数(例えば、10個)の金属粒子の外縁で囲まれた領域と同じ面積を有する円(相当円)の直径を求め、平均化することにより算出してもよい。 In the present specification, the average particle size is the particle size (D50) at a cumulative volume of 50% of the volume-based particle size distribution. The average particle size (D50) can be measured by a laser diffraction / scattering method using a laser diffraction type particle size distribution measuring device. Further, the average particle diameter of the metal particles is the same as the area surrounded by the outer edges of a plurality of (for example, 10) metal particles arbitrarily selected in the scanning electron microscope (SEM) photograph of the coating film of the metal ink. It may be calculated by finding the diameter of the circle (equivalent circle) having the above and averaging it.
金属粒子の形状は、特に制限されず、球状、楕円球状、多角柱状、多角錐状、扁平形状(薄片状、鱗片状、フレーク状など)、またはこれらの類似する形状などのいずれの形状であってもよい。金属粒子間の接触を高めやすい観点からは、球状、楕円球状、扁平形状、もしくはこれらに類似する形状であることが好ましい。 The shape of the metal particles is not particularly limited, and may be any shape such as a spherical shape, an elliptical spherical shape, a polygonal columnar shape, a polygonal pyramid shape, a flat shape (flakes, scales, flakes, etc.), or similar shapes thereof. You may. From the viewpoint of easily enhancing the contact between the metal particles, a spherical shape, an elliptical spherical shape, a flat shape, or a shape similar to these is preferable.
金属粒子としては、市販のものを用いてもよく、金属材料を蒸発させることにより形成したものを用いてもよい。また、液相や気相中で化学反応を利用して作製した金属粒子を用いてもよい。 As the metal particles, commercially available ones may be used, or those formed by evaporating a metal material may be used. Further, metal particles prepared by utilizing a chemical reaction in a liquid phase or a gas phase may be used.
(分散剤)
分散剤を用いることで、金属インク中で金属粒子が凝集することが抑制され、金属インク中で金属コロイドを安定化させることができる。分散剤は、金属インクを調製する際に添加して金属粒子に配位させてもよいが、金属インクの調製に先立って、金属粒子に配位させることが好ましい。分散剤は、金属粒子とともに混合し、必要により加熱することで金属粒子に配位させてもよく、金属粒子の作製過程で分散剤を用いることにより金属粒子に配位させてもよい。(Dispersant)
By using the dispersant, the aggregation of metal particles in the metal ink is suppressed, and the metal colloid can be stabilized in the metal ink. The dispersant may be added at the time of preparing the metal ink and coordinated with the metal particles, but it is preferable to coordinate with the metal particles prior to the preparation of the metal ink. The dispersant may be coordinated with the metal particles by mixing with the metal particles and heating if necessary, or may be coordinated with the metal particles by using the dispersant in the process of producing the metal particles.
分散剤としては、例えば、金属粒子に配位する極性の官能基と金属粒子に対する親和性が低い有機基(例えば、疎水性の有機基)とを有する有機化合物が用いられる。極性の官能基としては、例えば、ヘテロ原子含有基が挙げられる。ヘテロ原子としては、例えば、窒素原子、硫黄原子、および/または酸素原子が挙げられる。極性の官能基としては、例えば、アミノ基、メルカプト基、酸素含有基(例えば、ヒドロキシ基(フェノール性ヒドロキシ基を含む)、カルボニル基、エステル基、カルボキシ基など)などが挙げられる。分散剤は、極性の官能基を一種含んでいてもよく、二種以上含んでいてもよい。 As the dispersant, for example, an organic compound having a polar functional group coordinating with the metal particles and an organic group having a low affinity for the metal particles (for example, a hydrophobic organic group) is used. Examples of polar functional groups include heteroatom-containing groups. Heteroatoms include, for example, nitrogen, sulfur, and / or oxygen atoms. Examples of the polar functional group include an amino group, a mercapto group, an oxygen-containing group (for example, a hydroxy group (including a phenolic hydroxy group), a carbonyl group, an ester group, a carboxy group, etc.) and the like. The dispersant may contain one kind of polar functional group, or may contain two or more kinds of polar functional groups.
中でも、室温安定性の点で、アミノ基を含む化合物である有機アミンを用いることが好ましい。有機アミンは、一級アミン、二級アミン、三級アミンのいずれであってもよい。有機アミンは、環状アミンおよび鎖状アミンのいずれであってもよい。金属粒子に配位しやすい点では、一級アミン(中でも、一級鎖状アミン)が好ましい。有機アミンとしては、例えば、アルキルアミン(n−ブチルアミン、ペンチルアミン、ヘキシルアミン、オクチルアミン、デシルアミン、ドデシルアミン、ミリスチルアミンなど)が好ましい。金属粒子の分散安定性が高く、金属パターンの作製過程で除去し易い点で、C4-16アルキルアミン(例えば、C4-15アルキルアミン)が好ましく、C6-14アルキルアミンまたはC8-12アルキルアミンがさらに好ましい。このようなアミンを用いると、温和な条件下でも金属膜を形成することができるため、熱可塑性樹脂を含む基材の劣化や変形を抑制することができる。中でも、炭素数が少ないアミン(例えば、C4-10アルキルアミン、好ましくはC6-10アルキルアミン、さらに好ましくはC8-10アルキルアミン)は反応性が高いため、低温焼成などにより、温和な条件下で金属膜を形成する上ではより有利である。Above all, from the viewpoint of room temperature stability, it is preferable to use an organic amine which is a compound containing an amino group. The organic amine may be any of a primary amine, a secondary amine, and a tertiary amine. The organic amine may be either a cyclic amine or a chain amine. Primary amines (among others, primary chain amines) are preferable in terms of easy coordination with metal particles. As the organic amine, for example, alkylamines (n-butylamine, pentylamine, hexylamine, octylamine, decylamine, dodecylamine, myristylamine, etc.) are preferable. C 4-16 alkylamines (eg, C 4-15 alkylamines) are preferred because of their high dispersion stability of the metal particles and their ease of removal during the metal pattern fabrication process, with C 6-14 alkylamines or C 8- 12 Alkylating amines are even more preferred. When such an amine is used, a metal film can be formed even under mild conditions, so that deterioration and deformation of the base material containing the thermoplastic resin can be suppressed. Among them, amines having a small number of carbon atoms (for example, C 4-10 alkylamines, preferably C 6-10 alkylamines, and more preferably C 8-10 alkylamines) are highly reactive and are therefore mild to low temperature firing. It is more advantageous in forming a metal film under the conditions.
分散剤は、金属パターンの形成過程の適当な段階で除去されることが好ましいため、低分子化合物(例えば、分子量500以下の化合物)であることが好ましい。 Since the dispersant is preferably removed at an appropriate stage in the process of forming the metal pattern, it is preferably a low molecular weight compound (for example, a compound having a molecular weight of 500 or less).
金属インク中に含まれる分散剤(好ましくは、金属粒子に配位した分散剤)の量は、金属粒子100質量部に対して、例えば、0.1質量部以上10質量部以下であり、0.3質量部以上5質量部以下であることが好ましく、0.5質量部以上5質量部以下であることがさらに好ましい。分散剤の量がこのような範囲である場合、金属インク中で金属粒子を安定化しやすく、分散剤の除去も容易である。 The amount of the dispersant (preferably the dispersant coordinated to the metal particles) contained in the metal ink is, for example, 0.1 part by mass or more and 10 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the metal particles, and is 0. It is preferably 3 parts by mass or more and 5 parts by mass or less, and more preferably 0.5 parts by mass or more and 5 parts by mass or less. When the amount of the dispersant is in such a range, the metal particles can be easily stabilized in the metal ink, and the dispersant can be easily removed.
(分散媒)
分散媒としては、分散媒と金属コロイドとのHSPの距離Dcが、10MPa0.5以下で、かつ、分散媒と基材(熱可塑性樹脂)とのHSPの距離Dsが、10MPa0.5以上である媒体が使用される。このような媒体としては、室温(25℃)で液状であるものが使用される。分散媒としては、一種の媒体を単独で用いてもよく、二種以上の媒体を組み合わせて用いてもよい。二種以上の媒体を用いる場合には、二種以上の媒体の混合物のHSPの距離が上記の範囲となるように、媒体を選択し、および/または各媒体の比率を調節すればよい。媒体としては、有機媒体が好ましい。(Dispersion medium)
As the dispersion medium, a medium in which the HSP distance Dc between the dispersion medium and the metal colloid is 10 MPa 0.5 or less and the HSP distance Ds between the dispersion medium and the base material (thermoplastic resin) is 10 MPa 0.5 or more is used. used. As such a medium, a medium that is liquid at room temperature (25 ° C.) is used. As the dispersion medium, one kind of medium may be used alone, or two or more kinds of media may be used in combination. When two or more media are used, the media may be selected and / or the ratio of each medium may be adjusted so that the HSP distance of the mixture of the two or more media is within the above range. As the medium, an organic medium is preferable.
距離Dcは、10MPa0.5以下(好ましくは10.0MPa0.5以下)であればよい。距離Dcが10MPa0.5を超えると、金属インク中での金属コロイドの安定性が大きく低下する。距離Dcは、9MPa0.5以下であることが好ましく、8.6MPa0.5以下であることがさらに好ましい。距離Dcは、例えば、1MPa0.5以上であり、3MPa0.5以上であることが好ましく、4MPa0.5以上であることがさらに好ましく、4.5MPa0.5以上または4.6MPa0.5以上であってもよい。これらの上限値と下限値とは任意に組み合わせることができる。距離Dcがこのような範囲である場合、金属インク中の金属コロイドの高い安定性をさらに確保し易くなる。距離Dcは、例えば、1MPa0.5以上(または3MPa0.5以上)10MPa0.5以下、1MPa0.5以上(または3MPa0.5以上)10.0MPa0.5以下、1MPa0.5以上(または3MPa0.5以上)9MPa0.5以下、1MPa0.5以上(または3MPa0.5以上)8.6MPa0.5以下、4MPa0.5以上(または4.5MPa0.5以上)10MPa0.5以下、4MPa0.5以上(または4.5MPa0.5以上)10.0MPa0.5以下、4MPa0.5以上(または4.5MPa0.5以上)9MPa0.5以下、4MPa0.5以上(または4.5MPa0.5以上)8.6MPa0.5以下、4.6MPa0.5以上10MPa0.5以下(または10.0MPa0.5以下)、もしくは4.6MPa0.5以上9MPa0.5以下(または8.6MPa0.5以下)であってもよい。Distance Dc may be any 10 MPa 0.5 or less (preferably 10.0 MPa 0.5 or less). When the distance Dc exceeds 10 MPa 0.5 , the stability of the metal colloid in the metal ink is greatly reduced. Distance Dc is preferably at 9 MPa 0.5 or less, and more preferably 8.6 MPa 0.5 or less. Distance Dc is, for example, 1 MPa 0.5 or more, preferably 3 MPa 0.5 or more, more preferably 4 MPa 0.5 or more, may be 4.5 MPa 0.5 or more or 4.6 MPa 0.5 or more. These upper limit values and lower limit values can be arbitrarily combined. When the distance Dc is in such a range, it becomes easier to further secure high stability of the metal colloid in the metal ink. Distance Dc is, for example, 1 MPa 0.5 or more (or 3 MPa 0.5 or more) 10 MPa 0.5 or less, 1 MPa 0.5 or more (or 3 MPa 0.5 or higher) 10.0 MPa 0.5 or less, 1 MPa 0.5 or more (or 3 MPa 0.5 or more) 9 MPa 0.5 or less, 1 MPa 0.5 or more (or 3 MPa 0.5 or higher) 8.6 MPa 0.5 or less, 4 MPa 0.5 or more (or 4.5 MPa 0.5 or more) 10 MPa 0.5 or less, 4 MPa 0.5 or more (or 4.5 MPa 0.5 or higher) 10.0 MPa 0.5 or less, 4 MPa 0.5 or more (or 4 .5MPa 0.5 or higher) 9MPa 0.5 or less, 4 MPa 0.5 or more (or 4.5 MPa 0.5 or higher) 8.6 MPa 0.5 or less, 4.6 MPa 0.5 or 10 MPa 0.5 or less (or 10.0 MPa 0.5 or less), or 4.6 MPa 0.5 or more 9MPa It may be 0.5 or less (or 8.6 MPa 0.5 or less).
距離Dsは、10MPa0.5以上(好ましくは10.0MPa0.5以上)であればよい。距離Dsが10MPa0.5未満である場合、基材の熱可塑性樹脂を含む領域を溶解してしまう。距離Dsは、例えば、20MPa0.5以下であり、15MPa0.5以下であることが好ましく、13MPa0.5以下であることがさらに好ましい。距離Dsがこのような範囲である場合、基板に対する金属インクの高い濡れ性を確保し易く、金属インクが基板上ではじかれるのを抑制できる。Distance Ds may be any 10 MPa 0.5 or more (preferably 10.0 MPa 0.5 or higher). If the distance Ds is less than 10 MPa 0.5 , the region containing the thermoplastic resin of the base material will be dissolved. The distance Ds is, for example, 20 MPa 0.5 or less, preferably 15 MPa 0.5 or less, and more preferably 13 MPa 0.5 or less. When the distance Ds is in such a range, it is easy to secure high wettability of the metal ink on the substrate, and it is possible to suppress the metal ink from being repelled on the substrate.
分散媒(具体的には、上記の媒体)としては、例えば、距離DcおよびDsが上記の範囲を満たしていればよく、具体的な種類は特に限定されない。分散媒(具体的には、上記の媒体)の例を挙げると、アルコール、エーテル、エステル、ケトン、炭化水素(脂環族炭化水素、芳香族炭化水素など)などが挙げられる。 As the dispersion medium (specifically, the above-mentioned medium), for example, the distances Dc and Ds may satisfy the above-mentioned ranges, and the specific type is not particularly limited. Examples of the dispersion medium (specifically, the above medium) include alcohols, ethers, esters, ketones, hydrocarbons (alicyclic hydrocarbons, aromatic hydrocarbons, etc.) and the like.
分散媒のHSPのdDは、例えば、10以上20以下であり、13以上19以下が好ましく、14以上18以下であることがさらに好ましい。dPは、例えば、10以下であり、1以上9以下が好ましく、2.5以上8以下(例えば、2.5以上7.5以下)がさらに好ましい。dHは、例えば、20以下であり、1以上16以下が好ましく、3以上15以下がさらに好ましい。分散媒のHSPはこのような範囲に限定されるものではないが、各項がこのような範囲である場合には、距離DcおよびDsのバランスを取り易く、金属粒子の高い分散安定性や基材の溶解抑制効果が得られ易い。 The dD of HSP of the dispersion medium is, for example, 10 or more and 20 or less, preferably 13 or more and 19 or less, and further preferably 14 or more and 18 or less. The dP is, for example, 10 or less, preferably 1 or more and 9 or less, and more preferably 2.5 or more and 8 or less (for example, 2.5 or more and 7.5 or less). The dH is, for example, 20 or less, preferably 1 or more and 16 or less, and more preferably 3 or more and 15 or less. The HSP of the dispersion medium is not limited to such a range, but when each term is in such a range, it is easy to balance the distances Dc and Ds, and the high dispersion stability and the group of the metal particles are obtained. It is easy to obtain the effect of suppressing the dissolution of the material.
基材上に金属インクを塗布する際には所望の形状の塗膜を形成できるとともに、塗布した後は、分散媒が速やかに揮発することが好ましい。このような観点からは、分散媒の沸点は、例えば、130℃以上280℃以下であり、150℃以上250℃以下であることが好ましい。なお、分散媒が、複数の媒体を含む場合には、少なくとも1つの媒体の沸点が上記の範囲に入ることが好ましく、全ての媒体の沸点が上記の範囲に入ることがさらに好ましい。 When the metal ink is applied onto the base material, it is preferable that a coating film having a desired shape can be formed, and the dispersion medium volatilizes quickly after the application. From such a viewpoint, the boiling point of the dispersion medium is preferably, for example, 130 ° C. or higher and 280 ° C. or lower, and 150 ° C. or higher and 250 ° C. or lower. When the dispersion medium contains a plurality of media, the boiling points of at least one medium are preferably within the above range, and the boiling points of all the media are more preferably within the above range.
分散媒の25℃における表面張力は、20mN/m以上40mN/m以下であることが好ましく、25mN/m以上40mN/m以下であることがさらに好ましい。この場合、金属インクの塗布性を向上させることができる。また、液滴が過度に広がることも抑制されるため、微細な金属パターンを形成することができる。
なお、本明細書において、表面張力は、接触角計を用いて懸滴法により求められる。The surface tension of the dispersion medium at 25 ° C. is preferably 20 mN / m or more and 40 mN / m or less, and more preferably 25 mN / m or more and 40 mN / m or less. In this case, the coatability of the metal ink can be improved. In addition, since the droplets are suppressed from spreading excessively, a fine metal pattern can be formed.
In this specification, the surface tension is determined by the suspension method using a contact angle meter.
金属インク中の分散媒の割合は、25質量%以上95質量%以下であることが好ましく、25質量%以上90質量%以下であってもよい。分散媒の割合がこのような範囲である場合、金属インクに含まれる金属粒子などの構成成分を分散媒中に分散させ易く、良好な塗工性を確保し易い。そのため、金属インクは、ジェット塗布(インクジェット方式など)にも適している。 The proportion of the dispersion medium in the metal ink is preferably 25% by mass or more and 95% by mass or less, and may be 25% by mass or more and 90% by mass or less. When the ratio of the dispersion medium is in such a range, constituent components such as metal particles contained in the metal ink can be easily dispersed in the dispersion medium, and good coatability can be easily ensured. Therefore, the metal ink is also suitable for jet coating (injection method, etc.).
(重合反応性化合物)
重合反応性化合物は、金属インクの所望の物性に応じて選択すればよい。活性化した重合反応開始剤の作用により重合(架橋や硬化も含む)して高分子を形成可能であればよく、公知の重合反応性化合物が使用できる。重合反応性化合物としては、高分子の原料、例えば、モノマーまたはモノマーがいくつか連なったオリゴマーなどの前駆体が挙げられ、硬化性樹脂(光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂など)も使用できる。(Polymerization reactive compound)
The polymerization-reactive compound may be selected according to the desired physical properties of the metal ink. A known polymerization-reactive compound can be used as long as it can be polymerized (including cross-linking and curing) by the action of the activated polymerization reaction initiator to form a polymer. Examples of the polymerization-reactive compound include a raw material for a polymer, for example, a monomer or a precursor such as an oligomer in which several monomers are connected, and a curable resin (photocurable resin, thermosetting resin, etc.) can also be used.
硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、ケイ素樹脂、ビニルエステル樹脂、ビニルエーテル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ウレタン系樹脂などが挙げられる。
重合性化合物は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。Examples of the curable resin include epoxy resin, acrylic resin, phenol resin, silicon resin, vinyl ester resin, vinyl ether resin, unsaturated polyester resin, diallyl phthalate resin, and urethane resin.
As the polymerizable compound, one type may be used alone, or two or more types may be used in combination.
(重合開始剤)
重合開始剤は、金属インクの所望の物性や重合反応性化合物の種類などに応じて選択すればよい。重合開始剤は、熱および/または光の作用により活性化して重合反応性化合物の重合を進行させるものが使用され、公知の重合開始剤が使用できる。重合開始剤としては、例えば、ラジカル重合開始剤やイオン重合開始剤などが使用される。また、重合反応開始剤としては、熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂などの硬化性樹脂で使用されるその他の硬化剤も使用できる。
重合開始剤は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。(Polymer initiator)
The polymerization initiator may be selected according to the desired physical properties of the metal ink, the type of the polymerization reactive compound, and the like. As the polymerization initiator, one that is activated by the action of heat and / or light to promote the polymerization of the polymerization-reactive compound is used, and a known polymerization initiator can be used. As the polymerization initiator, for example, a radical polymerization initiator, an ionic polymerization initiator, or the like is used. Further, as the polymerization reaction initiator, other curing agents used in curable resins such as thermosetting resins and photocurable resins can also be used.
As the polymerization initiator, one type may be used alone, or two or more types may be used in combination.
(その他)
金属インクは、必要に応じて、公知の添加剤を含んでもよい。例えば、金属インクは、バインダ(樹脂バインダなど)を含んでもよく、金属インクが重合反応性化合物および重合開始剤を含む場合、重合反応性化合物の種類に応じて、硬化促進剤、反応性希釈剤、表面調整剤などを含んでもよい。(Other)
The metal ink may contain known additives, if desired. For example, the metal ink may contain a binder (resin binder, etc.), and when the metal ink contains a polymerization-reactive compound and a polymerization initiator, a curing accelerator and a reactive diluent are used depending on the type of the polymerization-reactive compound. , Surface conditioner and the like may be included.
金属インクの25℃における粘度は、例えば、1mPa・s以上10000mPa・s以下であることが好ましい。金属インクをインクジェット方式で基材上に塗布する場合には、ノズルにおける吐出性を確保し易い観点から、金属インクの25℃における粘度を3mPa・s以上300mPa・s以下とすることが好ましい。
なお、本明細書中、粘度は、E型粘度計を用いて、回転速度20rpmで測定したときの粘度である。The viscosity of the metal ink at 25 ° C. is preferably, for example, 1 mPa · s or more and 10000 mPa · s or less. When the metal ink is applied onto the base material by an inkjet method, it is preferable that the viscosity of the metal ink at 25 ° C. is 3 mPa · s or more and 300 mPa · s or less from the viewpoint of easily ensuring the ejection property at the nozzle.
In the present specification, the viscosity is the viscosity when measured at a rotation speed of 20 rpm using an E-type viscometer.
金属インクは、基材上に塗布して、25℃で1分間経過した後の、金属インクの基材に対する接触角が、5°以上30°以下であることが好ましく、10°以上25°以下であることがより好ましい。金属インクは、基材の熱可塑性樹脂を含む領域に対して親和性が高いため、基材上で金属インクが広がりすぎることがあるが、接触角が上記の範囲である場合には、金属インクが広がりすぎることが抑制される。また、基材上で金属インクが過度に弾かれることも抑制される。よって、精巧な金属パターンを形成し易くなる。 The metal ink is applied onto the substrate, and after 1 minute has passed at 25 ° C., the contact angle of the metal ink with respect to the substrate is preferably 5 ° or more and 30 ° or less, and 10 ° or more and 25 ° or less. Is more preferable. Since the metal ink has a high affinity for the region containing the thermoplastic resin of the base material, the metal ink may spread too much on the base material, but when the contact angle is in the above range, the metal ink Is suppressed from spreading too much. In addition, excessive repelling of the metal ink on the base material is also suppressed. Therefore, it becomes easy to form an elaborate metal pattern.
接触角は、接触角計(例えば、共和界面科学(株)製、DM−501)を用いて液滴の横方向から計測することができる。例えば、金属インクを、基板上に塗布し、25℃で1分間経過した後の金属インクの基板に対する接触角を測定する。接触角は、接触角計を用いて横からの観察にて計測できる。 The contact angle can be measured from the lateral direction of the droplet using a contact angle meter (for example, DM-501 manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd.). For example, the metal ink is applied onto the substrate, and the contact angle of the metal ink with respect to the substrate is measured after 1 minute has passed at 25 ° C. The contact angle can be measured by observing from the side using a contact angle meter.
金属インクの表面張力は、25mN/m以上40mN/m以下であることが好ましく、より好ましくは27mN/m以上37mN/m以下である。表面張力がこのような範囲である場合、金属インクが広がりすぎることが抑制されるとともに、金属インクが過度に弾かれることも抑制されるため、精巧な金属パターンを得る上で有利である。 The surface tension of the metal ink is preferably 25 mN / m or more and 40 mN / m or less, and more preferably 27 mN / m or more and 37 mN / m or less. When the surface tension is in such a range, the metal ink is prevented from spreading too much, and the metal ink is also suppressed from being excessively repelled, which is advantageous in obtaining an elaborate metal pattern.
このような金属インクは、金属インク中の金属コロイドの安定性が高く、基材の熱可塑性樹脂を含む領域上に塗布する場合の基材の溶解を抑制できる。基材は、金属インクが塗布される領域に少なくとも熱可塑性樹脂を含んでいればよく、基材の金属インクが塗布される領域が熱可塑性樹脂で形成されていることが好ましい。 Such a metal ink has high stability of the metal colloid in the metal ink, and can suppress the dissolution of the base material when applied on the region containing the thermoplastic resin of the base material. The base material may contain at least a thermoplastic resin in the region to which the metal ink is applied, and it is preferable that the region to which the metal ink of the base material is applied is formed of the thermoplastic resin.
熱可塑性樹脂(具体的には、基材の熱可塑性樹脂を含む領域部分)のHSPのdDは、例えば、15以上25以下であり、16以上22以下であることが好ましく、17以上19以下であることがさらに好ましい。dPは、例えば、0以上20以下であり、0以上15以下であることが好ましく、0以上11以下であることがさらに好ましい。dHは、例えば、1以上23以下であり、1以上15以下であることが好ましく、1以上7以下であることがさらに好ましい。これらのdD、dP、およびdHの範囲は任意に組み合わせることができる。熱可塑性樹脂(具体的には、基材の熱可塑性樹脂を含む領域部分)のHSPはこのような範囲に限定されるものではないが、各項がこのような範囲である場合には、距離Dsを調節し易く、基材(熱可塑性樹脂)の溶解抑制効果が得られ易い。 The dD of HSP of the thermoplastic resin (specifically, the region portion containing the thermoplastic resin of the base material) is, for example, 15 or more and 25 or less, preferably 16 or more and 22 or less, and 17 or more and 19 or less. It is more preferable to have. The dP is, for example, 0 or more and 20 or less, preferably 0 or more and 15 or less, and more preferably 0 or more and 11 or less. The dH is, for example, 1 or more and 23 or less, preferably 1 or more and 15 or less, and further preferably 1 or more and 7 or less. These dD, dP, and dH ranges can be combined arbitrarily. The HSP of the thermoplastic resin (specifically, the region portion containing the thermoplastic resin of the base material) is not limited to such a range, but when each term is in such a range, the distance It is easy to adjust Ds, and it is easy to obtain the effect of suppressing the dissolution of the base material (thermoplastic resin).
金属インクが塗布される基材に含まれる熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリカーボネート樹脂、スチレン樹脂(ポリスチレン(PS)、アクリロニトリルスチレン共重合体(AS樹脂)、アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合体(ABS樹脂)など)、オレフィン樹脂、ビニル樹脂、アクリル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂(つまり、熱可塑性ポリエステル樹脂)、ハロゲン含有樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂などが挙げられる。ポリエステル樹脂としては、例えば、芳香族ポリエステル(ポリアルキレンアリーレート(ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレートなど)など)などが挙げられる。基材は、これらの熱可塑性樹脂を一種含んでもよく、二種以上含んでもよい。中でも、ポリカーボネート樹脂、スチレン樹脂、およびポリエステル樹脂が好ましい。これらの熱可塑性樹脂は、成形加工し易く、強度も高いため、金属パターンを形成する際の基材の材料として適しているが、金属インクに利用されるような分散媒に対して溶解し易い。本発明では、基材の、このような熱可塑性樹脂を含む領域に金属インクを塗布する場合でも、基材(熱可塑性樹脂)の溶解を抑制することができる。 Examples of the thermoplastic resin contained in the base material to which the metal ink is applied include polycarbonate resin, styrene resin (polystyrene (PS), acrylonitrile styrene copolymer (AS resin), and acrylonitrile butadiene styrene copolymer (ABS resin)). Etc.), olefin resin, vinyl resin, acrylic resin, polyacetal resin, polyamide resin, polyester resin (that is, thermoplastic polyester resin), halogen-containing resin, polyphenylene ether resin, polyphenylene sulfide resin and the like. Examples of the polyester resin include aromatic polyesters (polyalkylene arylate (polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, etc.) and the like). The base material may contain one kind of these thermoplastic resins, or may contain two or more kinds of these thermoplastic resins. Of these, polycarbonate resin, styrene resin, and polyester resin are preferable. Since these thermoplastic resins are easy to mold and have high strength, they are suitable as a base material for forming a metal pattern, but they are easily dissolved in a dispersion medium such as that used for metal inks. .. In the present invention, even when the metal ink is applied to the region of the base material containing such a thermoplastic resin, the dissolution of the base material (thermoplastic resin) can be suppressed.
[金属インクの製造方法]
金属インクは、HSPの距離Dcが10MPa0.5以下であり、かつHSPの距離Dsが10MPa0.5以上である分散媒を準備する工程と、金属コロイドが分散媒中に分散された金属インクを調製する工程と、を備える製造方法により得ることができる。[Metal ink manufacturing method]
For the metal ink, a step of preparing a dispersion medium having an HSP distance Dc of 10 MPa 0.5 or less and an HSP distance Ds of 10 MPa 0.5 or more, and a step of preparing a metal ink in which a metal colloid is dispersed in the dispersion medium. It can be obtained by a manufacturing method comprising.
(分散媒の準備工程)
本工程では、金属インクの調製に用いる分散媒を準備する。具体的には、金属コロイドおよび基材の金属パターンを形成する領域に含まれる熱可塑性樹脂のそれぞれのHSPに応じて、距離Dcおよび距離Dsが上記の範囲となるような分散媒を準備する。例えば、分散媒の種類を選択し、および/または複数の分散媒の混合比を調節することにより、距離Dcおよび距離Dsを調節する。また、距離Dcおよび距離Dsが上記の範囲となるように、一旦決定した分散媒を準備してもよく、一旦決定した分散媒の混合比に応じて複数の分散媒を混合することにより分散媒を準備してもよい。(Preparation process of dispersion medium)
In this step, a dispersion medium used for preparing the metal ink is prepared. Specifically, a dispersion medium having a distance Dc and a distance Ds within the above ranges is prepared according to the respective HSPs of the metal colloid and the thermoplastic resin contained in the region forming the metal pattern of the base material. For example, the distance Dc and the distance Ds are adjusted by selecting the type of dispersion medium and / or adjusting the mixing ratio of the plurality of dispersion media. Further, the dispersion medium once determined may be prepared so that the distance Dc and the distance Ds are within the above ranges, and the dispersion medium is mixed by mixing a plurality of dispersion media according to the mixing ratio of the once determined dispersion medium. May be prepared.
製造方法が、分散媒の準備工程を含むことで、得られる金属インク中における金属コロイドの高い安定性を確保することができるとともに、基材の熱可塑性樹脂を含む領域上に塗布する場合の基材(熱可塑性樹脂)の溶解を抑制することができる。 By including the preparation step of the dispersion medium in the production method, high stability of the metal colloid in the obtained metal ink can be ensured, and the basis for coating on the region containing the thermoplastic resin of the base material. It is possible to suppress the dissolution of the material (thermoplastic resin).
(金属インクの調製工程)
本工程では、分散媒中に金属コロイドが分散した状態の金属インクを調製できればよい。例えば、金属インクの構成成分(例えば、金属粒子と分散媒と)を混合することにより金属インクを調製することができる。構成成分をより均一に分散させるため、公知の攪拌機、ミキサーなどが用いられる。(Metal ink preparation process)
In this step, it is sufficient that a metal ink in which a metal colloid is dispersed in a dispersion medium can be prepared. For example, a metal ink can be prepared by mixing the constituent components of the metal ink (for example, metal particles and a dispersion medium). A known stirrer, mixer or the like is used to disperse the constituents more uniformly.
構成成分の混合順序は特に制限されない。例えば、一部の成分を予め混合し、残りの成分を添加してさらに混合してもよい。各成分は、一度に添加してもよく、複数回に分けて添加してもよい。分散剤は、金属粒子と分散媒とを混合する際に添加してもよく、金属粒子に配位させた後に、分散媒と混合してもよい。他の成分(重合反応性化合物、重合開始剤、および/または添加剤など)を添加するタイミングも特に制限されない。 The mixing order of the components is not particularly limited. For example, some components may be mixed in advance, and the remaining components may be added and further mixed. Each component may be added at once or may be added in a plurality of times. The dispersant may be added when the metal particles and the dispersion medium are mixed, or may be coordinated with the metal particles and then mixed with the dispersion medium. The timing of adding other components (polymerization-reactive compound, polymerization initiator, and / or additive, etc.) is not particularly limited.
好ましい実施形態では、金属インクの調製工程は、金属粒子に分散剤を配位させて金属コロイドを作製する工程と、金属コロイドを分散媒に分散させて金属インクを得る工程とを含む。 In a preferred embodiment, the step of preparing the metal ink includes a step of coordinating a dispersant with the metal particles to prepare a metal colloid and a step of dispersing the metal colloid in a dispersion medium to obtain a metal ink.
金属コロイドを作製する工程では、例えば、金属粒子と、分散剤と、液状媒体とを混合することにより金属粒子に分散剤を配位させることができる。必要に応じて、本工程で、他の成分(添加剤(バインダなど)など)を添加してもよい。 In the step of producing the metal colloid, for example, the dispersant can be coordinated with the metal particles by mixing the metal particles, the dispersant, and the liquid medium. If necessary, other components (additives (binder, etc.), etc.) may be added in this step.
液状媒体としては、分散剤を溶解する室温(25℃)で液状の媒体(溶媒)が好ましい。液状媒体としては、分散剤の種類に応じて選択すればよい。液状媒体としては、脂肪族アルコール、脂肪族エステルなどが好ましいがこれらに限定されるものではない。液状媒体は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。混合は、必要に応じて加熱下で行なってもよい。作製された金属コロイドは、遠心分離などにより液体媒体と分離され、回収される。 As the liquid medium, a medium (solvent) that is liquid at room temperature (25 ° C.) at which the dispersant is dissolved is preferable. The liquid medium may be selected according to the type of dispersant. As the liquid medium, aliphatic alcohols, aliphatic esters and the like are preferable, but the liquid medium is not limited thereto. As the liquid medium, one type may be used alone, or two or more types may be used in combination. Mixing may be carried out under heating if necessary. The produced metal colloid is separated from the liquid medium by centrifugation or the like and recovered.
金属インクを得る工程では、金属コロイドと分散媒とを混合する。必要に応じて、本工程で、他の成分(重合反応性化合物、重合開始剤、および/または添加剤など)を添加してもよい。金属コロイドを分散媒中により均一に分散させるため、本工程では、公知の攪拌機、ミキサーなどが用いられる。 In the step of obtaining the metal ink, the metal colloid and the dispersion medium are mixed. If necessary, other components (polymerization-reactive compound, polymerization initiator, and / or additive, etc.) may be added in this step. In order to disperse the metal colloid more uniformly in the dispersion medium, a known stirrer, mixer or the like is used in this step.
[金属パターンを備える基材の製造方法]
金属パターンを備える基材の製造方法は、基材上に、金属インクを塗布して金属パターンを形成する工程を備える。金属パターン形成工程は、金属インクを基材に塗布して塗膜を形成する工程と、塗膜を焼成して金属パターン(金属膜)を形成する工程とを含むことができる。本発明の一局面には、本製造方法における上記金属インクの使用、および基材上に塗布して金属パターンを形成するための上記金属インクの使用も包含される。[Manufacturing method of a base material having a metal pattern]
The method for producing a base material having a metal pattern includes a step of applying a metal ink on the base material to form a metal pattern. The metal pattern forming step can include a step of applying a metal ink to a base material to form a coating film and a step of firing the coating film to form a metal pattern (metal film). One aspect of the present invention also includes the use of the metal ink in the production method and the use of the metal ink for coating on a substrate to form a metal pattern.
上述のように、基材は、金属インクが塗布される領域に少なくとも熱可塑性樹脂を含んでいる。基材の少なくとも金属インクが塗布される領域が熱可塑性樹脂で形成されていることが好ましい。例えば、基材は、金属インクが塗布される側の表面(または主面)およびその近傍に熱可塑性樹脂を含む層を備えていてもよく、基材全体が熱可塑性樹脂を含んでいてもよい。基材は、熱可塑性樹脂を含む層を、基材の金属インクが塗布される側の表面(または主面)全体に有していてもよく、一部に有していてもよい。 As mentioned above, the substrate contains at least a thermoplastic resin in the area where the metal ink is applied. It is preferable that at least the region of the base material to which the metal ink is applied is formed of a thermoplastic resin. For example, the base material may include a layer containing a thermoplastic resin on the surface (or main surface) on the side to which the metal ink is applied and in the vicinity thereof, and the entire base material may contain the thermoplastic resin. .. The base material may have a layer containing a thermoplastic resin on the entire surface (or main surface) of the base material on the side to which the metal ink is applied, or may have a part thereof.
基材の、熱可塑性樹脂を含む層の下地の材質としては、特に制限されず、例えば、ガラス、シリコン、および/または硬化樹脂などが挙げられる。 The material of the base material of the base material of the layer containing the thermoplastic resin is not particularly limited, and examples thereof include glass, silicon, and / or a cured resin.
(金属パターン形成工程)
(塗膜形成工程)
塗膜形成工程では、基材の表面に金属インクを塗布する。金属インクの塗布は、特に制限されず、公知の塗布方法(スピンコート、スプレーコート、ブレードコート、スクリーン印刷、インクジェットなど)により行うことができる。また塗膜は、配線や穴埋めといったパターン膜であってよく、ベタ膜でもよい。(Metal pattern formation process)
(Coating film forming process)
In the coating film forming step, a metal ink is applied to the surface of the base material. The application of the metal ink is not particularly limited, and can be performed by a known application method (spin coating, spray coating, blade coating, screen printing, inkjet, etc.). Further, the coating film may be a pattern film such as wiring or hole filling, or may be a solid film.
上記の金属インクは、金属インク中の金属コロイドの安定性が高いため、非接触のジェット塗布(インクジェット方式など)に適している。なお、インクジェット方式による塗布とは、非接触のジェット塗布のことを意味する。非接触のジェット塗布とは、エアー圧力、ばね弾性、ピエゾ素子(圧電素子)の振動などを利用して金属インクをインクの被着体に飛ばす塗布方法であり、例えば、メカ式またはピエゾ式の非接触ジェットディスペンサを用いて塗布が行われる。非接触のジェット塗布は、三次元造形物の表面への配線パターンの形成や、多層基板の作製などにも適している。ここで、三次元造形物とは、三次元構造を有する回路部材の基材となる材料をいう。 The above-mentioned metal ink is suitable for non-contact jet coating (injection method, etc.) because the stability of the metal colloid in the metal ink is high. The coating by the inkjet method means non-contact jet coating. Non-contact jet coating is a coating method that uses air pressure, spring elasticity, vibration of a piezo element (piezoelectric element), etc. to blow metal ink onto an ink adherend, and is, for example, a mechanical type or a piezo type. The application is made using a non-contact jet dispenser. Non-contact jet coating is also suitable for forming a wiring pattern on the surface of a three-dimensional model or for producing a multilayer substrate. Here, the three-dimensional model refers to a material that is a base material of a circuit member having a three-dimensional structure.
(乾燥工程)
塗膜形成工程で得られた塗膜を有する基材は、焼成工程に先立って、必要に応じて乾燥してもよい。乾燥条件は、金属インクの構成成分などに応じて適宜決定できる。乾燥工程では、揮発性の成分(分散媒など)を除去することが好ましい。
乾燥温度は特に制限されず、揮発性の成分を除去できる温度で行ってもよい。乾燥温度は、後述の焼成の温度よりも低いことが望ましい。(Drying process)
The base material having the coating film obtained in the coating film forming step may be dried, if necessary, prior to the firing step. The drying conditions can be appropriately determined according to the constituent components of the metal ink and the like. In the drying step, it is preferable to remove volatile components (dispersion medium, etc.).
The drying temperature is not particularly limited, and may be performed at a temperature at which volatile components can be removed. It is desirable that the drying temperature is lower than the firing temperature described later.
(焼成工程)
焼成工程では、塗膜形成工程で得られた塗膜を有する基材を焼成する。焼成により、塗膜内に含まれる金属粒子同士が融着して、得られる金属膜の抵抗を大幅に低減することができる。金属ナノ粒子の場合には、粒子のナノサイズ効果により、金属の融点よりも低い温度で融着するため、焼成は比較的低温であっても十分に金属膜の抵抗を低減する効果が得られる。(Baking process)
In the firing step, the base material having the coating film obtained in the coating film forming step is fired. By firing, the metal particles contained in the coating film are fused to each other, and the resistance of the obtained metal film can be significantly reduced. In the case of metal nanoparticles, the nano-sized particles fuse at a temperature lower than the melting point of the metal, so that the effect of sufficiently reducing the resistance of the metal film can be obtained even at a relatively low temperature during firing. ..
焼成は、金属粒子の金属の種類に応じて適宜選択でき、例えば、50℃以上250℃以下で行ってもよく、100℃以上250℃以下または150℃以上250℃以下で行ってもよい。分散剤として炭素数の少ないアミンを用いると、温和な条件下でも金属膜を形成することができる。この場合、焼成温度は、150℃以下(例えば、50℃以上150℃以下)であることが好ましく、100℃以上150℃以下であってもよい。 The firing can be appropriately selected depending on the type of metal of the metal particles, and may be performed at, for example, 50 ° C. or higher and 250 ° C. or lower, 100 ° C. or higher and 250 ° C. or lower, or 150 ° C. or higher and 250 ° C. or lower. When an amine having a small number of carbon atoms is used as the dispersant, a metal film can be formed even under mild conditions. In this case, the firing temperature is preferably 150 ° C. or lower (for example, 50 ° C. or higher and 150 ° C. or lower), and may be 100 ° C. or higher and 150 ° C. or lower.
焼成は、必要に応じて、還元剤の存在下で行なってもよい。
焼成は、不活性ガス雰囲気下で行ってもよく、大気中で行ってもよい。
焼成時間は、特に制限されないが、例えば、5分以上120分以下であってもよい。Firing may be carried out in the presence of a reducing agent, if necessary.
The firing may be carried out in an atmosphere of an inert gas or in the atmosphere.
The firing time is not particularly limited, but may be, for example, 5 minutes or more and 120 minutes or less.
重合反応開始剤として、熱の作用により活性化するものを用いる場合には、乾燥工程および/または焼成工程で加えられる熱により活性化させ、重合反応性化合物の重合を進行させてもよい。重合反応開始剤として、光の作用により活性化するものを用いる場合には、塗膜形成後から焼成工程までの適当な段階で塗膜に光を照射することが好ましい。乾燥工程および/または焼成工程を、光照射下で行ってもよい。 When a polymerization reaction initiator that is activated by the action of heat is used, it may be activated by the heat applied in the drying step and / or the firing step to proceed with the polymerization of the polymerization-reactive compound. When a polymerization reaction initiator that is activated by the action of light is used, it is preferable to irradiate the coating film with light at an appropriate stage from the formation of the coating film to the firing step. The drying step and / or the firing step may be performed under light irradiation.
[実施例]
以下、本発明を実施例および比較例に基づいて具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。[Example]
Hereinafter, the present invention will be specifically described based on Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to the following Examples.
《実施例1〜10および比較例1〜5》
(1)金属コロイドの作製
硝酸銀20g、イソブタノール100g、ドデシルアミン(分散剤)100gを混合した。得られた混合物を、温度が100℃になるまで加熱し、5時間還流した。得られた混合物中の固形分を遠心分離で沈降させて回収した。回収した固形分を、メタノールで3回洗浄したのち、遠心分離することにより、ドデシルアミンが配位した銀ナノ粒子を回収した。銀ナノ粒子と銀ナノ粒子に配位したドデシルアミンとの質量比は、100:0.5であった。<< Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 5 >>
(1) Preparation of metal colloid 20 g of silver nitrate, 100 g of isobutanol, and 100 g of dodecylamine (dispersant) were mixed. The resulting mixture was heated to a temperature of 100 ° C. and refluxed for 5 hours. The solid content in the obtained mixture was settled by centrifugation and recovered. The recovered solid content was washed with methanol three times and then centrifuged to recover silver nanoparticles coordinated with dodecylamine. The mass ratio of the silver nanoparticles to the dodecylamine coordinated to the silver nanoparticles was 100: 0.5.
回収した銀ナノ粒子を、ジエチレングリコールモノブチルエーテル中に、3本ロールを用いて分散させることにより、分散ペーストを調製した。得られた分散ペーストをスピンコートで基材に塗布し、銀ナノ粒子のSEM写真を撮影した。この撮影画像において、既述の方法により銀ナノ粒子の平均粒子径を算出したところ、約40nmであった。 A dispersion paste was prepared by dispersing the recovered silver nanoparticles in diethylene glycol monobutyl ether using three rolls. The obtained dispersed paste was applied to a substrate by spin coating, and SEM photographs of silver nanoparticles were taken. When the average particle size of the silver nanoparticles was calculated by the method described above in this photographed image, it was about 40 nm.
(2)金属インクの調製
上記(1)で回収された銀ナノ粒子を含む金属コロイドを、表2に示す分散媒に、ホモジナイザーを用いて分散させた後、目開き1μmのディスクフィルターを用いてろ過し、金属インクを調製した。金属インク中の金属コロイドの濃度は40質量%とした。(2) Preparation of metal ink The metal colloid containing the silver nanoparticles recovered in (1) above was dispersed in the dispersion medium shown in Table 2 using a homogenizer, and then using a disc filter having a mesh size of 1 μm. It was filtered to prepare a metal ink. The concentration of the metal colloid in the metal ink was 40% by mass.
(3)評価
以下の評価を行なった。
(a)HSPの測定、ならびに距離DcおよびDsの算出
金属インクを用いて、既述の手順で、分散媒および金属コロイドのそれぞれのHSPを求めた。分散媒のHSPを表2に示す。金属コロイドのHSPは、dDが19.5であり、dPが4.1であり、dHが8.8であった。
また、ポリカーボネート樹脂(帝人(株)製、パンライトL−1225Y)で形成された板状の基板(基板A)およびアクリロニトリルスチレンブタジエン樹脂(UMG ABS(株)製、UMG ABS EX18A 11001)で形成された板状の基板(基板B)のそれぞれについて、既述の手順で、それぞれのHSPを求めた。いずれの基板も、dDは、18.4であり、dPは10.1であり、dHは2.4であった。なお、HSP計算ソフトとしては、HSPiP 4th Edition 4.1.07を用いた。
これらのHSPから、距離DcおよびDsを算出した。(3) Evaluation The following evaluation was performed.
(A) Measurement of HSP and calculation of distances Dc and Ds Using metal inks, the HSPs of the dispersion medium and the metal colloid were determined by the procedure described above. The HSP of the dispersion medium is shown in Table 2. The HSP of the metal colloid had a dD of 19.5, a dP of 4.1 and a dH of 8.8.
Further, it is formed of a plate-shaped substrate (substrate A) formed of a polycarbonate resin (Teijin Corporation, Panlite L-1225Y) and an acrylonitrile styrene-butadiene resin (UMG ABS EX18A 11001, manufactured by UMG ABS Co., Ltd.). The HSPs of each of the plate-shaped substrates (substrate B) were obtained by the procedure described above. In each of the substrates, the dD was 18.4, the dP was 10.1, and the dH was 2.4. As the HSP calculation software, HSPiP 4th Edition 4.1.07 was used.
Distances Dc and Ds were calculated from these HSPs.
(b)分散安定性
金属インクを、25℃で1ヶ月保管したあと、沈殿の有無を目視で観察し、下記の基準で評価した。
A:沈殿が確認されない。
B:沈殿が確認される。(B) Dispersion Stability The metal ink was stored at 25 ° C. for 1 month, and then the presence or absence of precipitation was visually observed and evaluated according to the following criteria.
A: No precipitation is confirmed.
B: Precipitation is confirmed.
(c)体積抵抗率
金属インクを、基板Aおよび基板Bのそれぞれにバーコーターを用いて塗布し、送風乾燥機により、120℃いて30分間加熱焼成することにより金属パターンを形成した。形成した金属パターンについて、抵抗率計((株)三菱ケミカルアナリテック製、ロレスタ)を用いて、四端子法により体積抵抗率(μΩ・cm)を測定した。
(a)〜(c)の評価結果を、表2に示す。(C) Volume resistivity A metal ink was applied to each of the substrate A and the substrate B using a bar coater, and a metal pattern was formed by heating and firing at 120 ° C. for 30 minutes with a blower dryer. The volume resistivity (μΩ · cm) of the formed metal pattern was measured by a four-terminal method using a resistivity meter (Loresta manufactured by Mitsubishi Chemical Analytech Co., Ltd.).
The evaluation results of (a) to (c) are shown in Table 2.
表2に示されるように、HSPの距離Dcが10MPa0.5以下であり、距離Dsが10MPa0.5以上の実施例では、金属コロイドの高い分散安定性が確保できた。また、体積抵抗率も低くなった。これは、金属インクによる基板の溶解が抑制されたことによるものと考えられる。As shown in Table 2, in the examples in which the distance Dc of HSP was 10 MPa 0.5 or less and the distance Ds was 10 MPa 0.5 or more, high dispersion stability of the metal colloid could be ensured. In addition, the volume resistivity was also lowered. It is considered that this is because the dissolution of the substrate by the metal ink was suppressed.
一方、HSPの距離Dcが10MPa0.5を超える比較例1および2では、保管後の金属インクでは沈殿が確認され、金属コロイドの分散安定性が低下した。また、距離Dsが10MPa0.5未満である比較例3〜5では、体積抵抗率が極めて大きくなった。これは、基板の溶解が顕著になったことによるものと考えられる。On the other hand, in Comparative Examples 1 and 2 in which the distance Dc of HSP exceeds 10 MPa 0.5 , precipitation was confirmed in the metal ink after storage, and the dispersion stability of the metal colloid was lowered. Further, in Comparative Examples 3 to 5 in which the distance Ds was less than 10 MPa 0.5 , the volume resistivity was extremely large. It is considered that this is because the dissolution of the substrate became remarkable.
なお、上記実施例では、ポリカーボネート樹脂およびスチレン樹脂を含む基材を用いた例を示したが、HSPのDcおよびDsが10MPa0.5以下であれば、ポリエステル樹脂(例えば、ポリブチレンテレフタレート樹脂(例えば、ウィンテックポリマー社製のジュラネックス2002))などの他の熱可塑性樹脂を含む基材を用いた場合にも上記実施例と同様または類似の効果が得られることも確認した。In the above example, an example using a base material containing a polycarbonate resin and a styrene resin was shown, but if the Dc and Ds of HSP are 10 MPa 0.5 or less, a polyester resin (for example, a polybutylene terephthalate resin (for example, for example) It was also confirmed that the same or similar effects as those in the above examples can be obtained when a base material containing another thermoplastic resin such as Dulanex 2002)) manufactured by Wintech Polymer Co., Ltd. is used.
本発明を現時点での好ましい実施態様に関して説明したが、そのような開示を限定的に解釈してはならない。種々の変形および改変は、上記開示を読むことによって本発明に属する技術分野における当業者には間違いなく明らかになるであろう。したがって、添付の請求の範囲は、本発明の真の精神および範囲から逸脱することなく、すべての変形および改変を包含する、と解釈されるべきものである。 Although the present invention has described preferred embodiments at this time, such disclosures should not be construed in a limited way. Various modifications and modifications will undoubtedly become apparent to those skilled in the art belonging to the present invention by reading the above disclosure. Therefore, the appended claims should be construed to include all modifications and modifications without departing from the true spirit and scope of the invention.
本発明の実施形態に係る金属インクによれば、金属コロイドの分散安定性が高く、熱可塑性樹脂の溶解を抑制できる。よって、熱可塑性樹脂を含む領域を有する基材上に、配線パターンなどの金属パターンを形成するのに適している。また、三次元造形物の表面への配線パターンの形成や、多層基板の作製などに利用することもできる。 According to the metal ink according to the embodiment of the present invention, the dispersion stability of the metal colloid is high, and the dissolution of the thermoplastic resin can be suppressed. Therefore, it is suitable for forming a metal pattern such as a wiring pattern on a base material having a region containing a thermoplastic resin. It can also be used for forming a wiring pattern on the surface of a three-dimensional modeled object, manufacturing a multilayer substrate, and the like.
Claims (15)
金属コロイドと分散媒とを含み、
前記基材は、少なくとも前記金属パターンを形成する領域が熱可塑性樹脂を含み、
前記分散媒と前記金属コロイドとのハンセン溶解度パラメータの距離Dcが10MPa0.5以下であり、
前記分散媒と前記熱可塑性樹脂とのハンセン溶解度パラメータの距離Dsが10MPa0.5以上である、金属インク。A metal ink that is applied onto a substrate to form a metal pattern.
Contains metal colloids and dispersion media
The base material contains a thermoplastic resin at least in a region forming the metal pattern.
The distance Dc of the Hansen solubility parameter between the dispersion medium and the metal colloid is 10 MPa 0.5 or less.
A metal ink in which the distance Ds of the Hansen solubility parameter between the dispersion medium and the thermoplastic resin is 10 MPa 0.5 or more.
前記金属ナノ粒子の平均粒子径は、5nm以上400nm以下である、請求項1〜8のいずれか1項に記載の金属インク。The metal colloid contains metal nanoparticles and a dispersant coordinated to the metal nanoparticles.
The metal ink according to any one of claims 1 to 8, wherein the average particle size of the metal nanoparticles is 5 nm or more and 400 nm or less.
前記基材は、少なくとも前記金属パターンを形成する領域が熱可塑性樹脂を含み、
前記分散媒と前記金属コロイドとのハンセン溶解度パラメータの距離Dcが10MPa0.5以下であり、かつ前記分散媒と前記熱可塑性樹脂とのハンセン溶解度パラメータの距離Dsが10MPa0.5以上である前記分散媒を準備する工程と、
前記金属コロイドが前記分散媒中に分散された金属インクを調製する工程と、を備える、金属インクの製造方法。A method for producing a metal ink that contains a metal colloid and a dispersion medium and is applied onto a substrate to form a metal pattern.
The base material contains a thermoplastic resin at least in a region forming the metal pattern.
Prepare the dispersion medium in which the distance Dc of the Hansen solubility parameter between the dispersion medium and the metal colloid is 10 MPa 0.5 or less, and the distance Ds of the Hansen solubility parameter between the dispersion medium and the thermoplastic resin is 10 MPa 0.5 or more. And the process to do
A method for producing a metal ink, comprising a step of preparing a metal ink in which the metal colloid is dispersed in the dispersion medium.
前記基材は、少なくとも前記金属パターンを形成する領域が熱可塑性樹脂を含み、
前記金属インクは、金属コロイドと分散媒とを含み、
前記分散媒と前記金属コロイドとのハンセン溶解度パラメータの距離Dcが10MPa0.5以下であり、
前記分散媒と前記熱可塑性樹脂とのハンセン溶解度パラメータの距離Dsが10MPa0.5以上である、金属パターンを備える基材の製造方法。A process of applying metal ink to form a metal pattern on a base material is provided.
The base material contains a thermoplastic resin at least in a region forming the metal pattern.
The metal ink contains a metal colloid and a dispersion medium.
The distance Dc of the Hansen solubility parameter between the dispersion medium and the metal colloid is 10 MPa 0.5 or less.
A method for producing a base material having a metal pattern, wherein the distance Ds of the Hansen solubility parameter between the dispersion medium and the thermoplastic resin is 10 MPa 0.5 or more.
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