KR101036203B1

KR101036203B1 - 도체 패턴 형성용 잉크, 도체 패턴 및 배선 기판

Info

Publication number: KR101036203B1
Application number: KR20080096508A
Authority: KR
Inventors: 나오유키 도요다; 도시유키 고바야시; 사치코 엔도
Original assignee: 세이코 엡슨 가부시키가이샤
Priority date: 2007-10-03
Filing date: 2008-10-01
Publication date: 2011-05-20
Also published as: TW200929265A; CN101402808B; JP2009091383A; TWI451445B; KR20090034746A; CN101402808A; US20090090272A1

Abstract

본 발명은, 액적 토출 헤드로부터 안정적으로 토출 가능한 도체 패턴 형성용 잉크를 제공하는 것, 신뢰성이 높은 도체 패턴을 제공하는 것, 및, 이와 같은 도체 패턴을 구비하여, 신뢰성이 높은 배선 기판을 제공하는 것을 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 도체 패턴 형성용 잉크는, 액적 토출법에 의해, 기재 위에 도체 패턴을 형성하기 위한 도체 패턴 형성용 잉크로서, 금속 입자를 수계 분산매에 분산하여 이루어지는 분산액 중에, 도체 패턴 형성용 잉크의 건조를 억제하는 건조 억제제가 함유되는 것을 특징으로 한다. 건조 억제제의 함유량은, 3∼25wt%인 것이 바람직하다. 건조 억제제는, 주로, 다가 알코올로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 다가 알코올은, 당(糖)알코올을 포함하는 것이 바람직하다. 다가 알코올은, 적어도 2종 이상의 당알코올을 포함하는 것이 바람직하다.

도체 패턴 형성용 잉크, 건조 억제제, 다가 알코올

Description

도체 패턴 형성용 잉크, 도체 패턴 및 배선 기판{CONDUCTIVE PATTERN FORMATION INK, CONDUCTIVE PATTERN AND WIRING SUBSTRATE}

본 발명은, 도체 패턴 형성용 잉크, 도체 패턴 및 배선 기판에 관한 것이다.

전자 회로 또는 집적 회로 등에 사용되는 배선의 제조에는, 예를 들면 포토리소그래피법이 사용되고 있다. 이 포토리소그래피법은, 미리 도전막을 도포한 기판 위에 레지스트라 불리는 감광재를 도포하고, 회로 패턴을 조사하고 현상하여, 레지스트 패턴에 따라 도전막을 에칭함으로써 도체 패턴으로 이루어지는 배선을 형성하는 것이다. 이 포토리소그래피법은 진공 장치 등의 대규모 설비와 복잡한 공정을 필요로 하고, 또한 재료 사용 효율도 수% 정도로 그 대부분을 폐기할 수밖에 없어, 제조 비용이 높다.

이에 대하여, 액체 토출 헤드로부터 액체 재료를 액적상으로 토출하는 액적 토출법, 이른바 잉크젯법을 사용하여 도체 패턴(배선)을 형성하는 방법이 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 이 방법에서는, 도전성 미립자를 분산시킨 도체 패턴 형성용 잉크를 기판에 직접 패턴 도포하고, 그 후, 용매를 제거하고, 소결시킴으로써 도체 패턴으로 변환한다. 이 방법에 의하면, 포토리소그래피가 불필요 하게 되어, 프로세스가 대폭 간단한 것으로 되고, 원재료의 사용량도 적어도 된다는 장점이 있다.

그러나, 종래의 도체 패턴 형성용 잉크에서는, 토출 대기시나 장시간 연속하여 토출했을 때에, 액적 토출 헤드(잉크젯 헤드)의 액적의 토출구 부근에서, 도체 패턴 형성용 잉크의 분산매의 휘발에 의해 도전성 미립자가 석출되어 버린다는 문제가 있었다. 이와 같이 액적의 토출구 부근에 도전성 미립자가 석출되면, 토출된 액적의 궤도가 변화하여(이른바, 비행 굽음이 발생하여), 목적 부위에 액적을 착탄시킬 수 없게 되거나, 액적의 토출량이 불안정화하는 등의 문제가 생기는 경우가 있었다.

[특허문헌 1] 일본 특개2007-84387

본 발명의 목적은, 액적 토출 헤드로부터 안정적으로 토출 가능한 도체 패턴 형성용 잉크를 제공하는 것, 신뢰성이 높은 도체 패턴을 제공하는 것, 및, 이와 같은 도체 패턴을 구비하여, 신뢰성이 높은 배선 기판을 제공하는 것에 있다.

이와 같은 목적은, 하기의 본 발명에 의해 달성된다.

본 발명의 도체 패턴 형성용 잉크는, 액적 토출법에 의해, 기재 위에 도체 패턴을 형성하기 위한 도체 패턴 형성용 잉크로서,

금속 입자를 수계 분산매에 분산하여 이루어지는 분산액 중에, 도체 패턴 형성용 잉크의 건조를 억제하는 건조 억제제가 함유되는 것을 특징으로 한다.

이에 의해, 액적 토출 헤드로부터 안정적으로 토출 가능한 도체 패턴 형성용 잉크를 제공할 수 있다.

본 발명의 도체 패턴 형성용 잉크에서는, 상기 건조 억제제의 함유량은, 3∼25wt%인 것이 바람직하다.

이에 의해, 액적 토출 헤드의 토출부 부근에서의 수계 분산매의 휘발을 보다 효과적으로 억제할 수 있고, 형성되는 도체 패턴을 보다 높은 정밀도로 원하는 형상으로 할 수 있다.

본 발명의 도체 패턴 형성용 잉크에서는, 상기 건조 억제제는, 주로, 다가 알코올로 구성되어 있는 것이 바람직하다.

이에 의해, 다가 알코올과 수계 분산매 사이의 상호 작용(예를 들면, 수소 결합이나 반데르발스 결합 등)에 의해, 수계 분산매의 휘발(건조)을 효과적으로 억제할 수 있어, 액적 토출 헤드의 토출부 부근에서의 분산매의 휘발을 보다 효과적으로 억제할 수 있다. 또한, 다가 알코올은, 도체 패턴을 형성할 때에는 도체 패턴 내로부터 용이하게 제거(분해 제거)할 수 있다. 또한, 다가 알코올을 사용함으로써, 잉크의 점도를 적당한 것으로 할 수 있고, 성막성을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 도체 패턴 형성용 잉크에서는, 상기 다가 알코올은, 당(糖)알코올을 포함하는 것이 바람직하다.

이에 의해, 액적 토출 헤드의 토출부 부근에서의 수계 분산매의 휘발을 더욱 효과적으로 억제할 수 있고, 도체 패턴을 형성할 때에는 도체 패턴 내로부터 보다 용이하게 제거(분해 제거)할 수 있다. 또한, 도체 패턴 형성용 잉크에 의해 형성된 막(후에 상술하는 도체 패턴의 전구체)을 건조(탈분산매)할 때에, 수계 분산매가 휘발과 동시에, 당알코올의 농도가 상승한다. 이에 의해, 도체 패턴의 전구체의 점도가 상승하기 때문에, 전구체를 구성하는 잉크의 잘못된 부위로의 유출이 보다 확실히 방지된다. 그 결과, 형성되는 도체 패턴을 보다 높은 정밀도로 원하는 형상으로 할 수 있다. 그 때문에, 잉크젯의 사용 온도역에서 고체인 것이 농도 상승에 의한 점도 상승이 커 바람직하다.

본 발명의 도체 패턴 형성용 잉크에서는, 상기 다가 알코올은, 적어도 2종 이상의 당알코올을 포함하는 것이 바람직하다.

이에 의해, 액적 토출 헤드의 토출부 부근에서의 수계 분산매의 휘발을 보다 확실히 억제할 수 있다.

본 발명의 도체 패턴 형성용 잉크에서는, 상기 다가 알코올은, 글리세린, 에리트리톨, 자일리톨, 소르비톨, 만니톨, 갈락티톨, 이노시톨, 말티톨, 락티톨로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 당알코올을 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 도체 패턴 형성용 잉크에서는, 상기 건조 억제제 중에서의 상기 당알코올의 함유량은, 15wt% 이상인 것이 바람직하다.

본 발명의 도체 패턴 형성용 잉크에서는, 상기 다가 알코올은, 1,3-프로판디올을 포함하는 것이 바람직하다.

이에 의해, 액적 토출 헤드의 토출부 부근에서의 수계 분산매의 휘발을 보다 효과적으로 억제할 수 있고, 잉크의 점도를 보다 적당한 것으로 할 수 있고, 토출 안정성이 더욱 향상된다.

본 발명의 도체 패턴 형성용 잉크에서는, 상기 기재는, 세라믹스 입자와, 바인더를 함유하는 재료로 구성된 시트상의 세라믹스 성형체인 것이 바람직하다.

본 발명의 도체 패턴 형성용 잉크는, 이와 같은 세라믹스 성형체 위에 도체 패턴을 형성하는데 적합하게 사용할 수 있다.

본 발명의 도체 패턴 형성용 잉크에서는, 상기 금속 입자는, 금속 콜로이드 입자이며,

상기 분산액은, 콜로이드액인 것이 바람직하다.

이에 의해, 잉크 내에서의 금속 입자의 응집이 방지되어, 보다 미세한 도체 패턴을 형성할 수 있다.

본 발명의 도체 패턴 형성용 잉크에서는, 상기 금속 콜로이드 입자는, COOH기와 OH기를 합하여 3개 이상 갖고, 또한, COOH기의 수가 OH기의 수와 동수 또는 COOH기의 수가 OH기의 수보다도 많은 히드록시산 또는 그 염으로 이루어지는 분산제에 의해 분산된 것임이 바람직하다.

본 발명의 도체 패턴 형성용 잉크에서는, 상기 금속 콜로이드 입자는, COOH기와 SH기를 합하여 2개 이상 갖는 메르캅토산 또는 그 염으로 이루어지는 분산제에 의해 분산된 것임이 바람직하다.

본 발명의 도체 패턴 형성용 잉크에서는, 상기 콜로이드액은, pH가 6∼12로 조정된 것임이 바람직하다.

본 발명의 도체 패턴은, 본 발명의 도체 패턴 형성용 잉크에 의해 형성된 것 을 특징으로 한다.

이에 의해, 신뢰성이 높은 도체 패턴을 제공할 수 있다.

본 발명의 배선 기판은, 본 발명의 도체 패턴이 구비되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이에 의해, 신뢰성이 높은 배선 기판을 제공할 수 있다.

이하, 본 발명의 적합한 실시 형태에 대하여 상세하게 설명한다.

《도체 패턴 형성용 잉크》

본 발명의 도체 패턴 형성용 잉크는, 기재 위에 도체 패턴을 형성하기 위해서 사용하는 잉크이며, 특히, 액적 토출법에 의해 도체 패턴을 형성하기 위해서 사용하는 잉크이다.

이하, 도체 패턴 형성용 잉크의 적합한 실시 형태에 대하여 설명한다. 또, 본 실시 형태에서는, 금속 입자를 수계 분산매에 분산하여 이루어지는 분산액으로서, 은 콜로이드 입자(금속 콜로이드 입자)가 분산된 콜로이드액을 사용한 경우에 대하여 대표적으로 설명한다.

본 실시 형태의 도체 패턴 형성용 잉크(이하, 단지 잉크라고도 한다)는, 수계 분산매와, 분산매에 분산한 은 콜로이드 입자와, 잉크의 건조를 억제하는 건조 억제제를 함유하는 콜로이드액으로 구성되어 있다.

[수계 분산매]

우선, 수계 분산매에 대하여 설명한다.

본 발명에서, 「수계 분산매」란, 물 및/또는 물과의 상용성이 뛰어난 액체(예를 들면, 25℃에 있어서의 물 100g에 대한 용해도가 30g 이상의 액체)로 구성된 것을 가리킨다. 이와 같이, 수계 분산매는, 물 및/또는 물과의 상용성이 뛰어난 액체로 구성된 것이지만, 주로 물로 구성된 것임이 바람직하고, 특히, 물의 함유율이 70wt% 이상의 것임이 바람직하고, 90wt% 이상의 것임이 보다 바람직하다.

수계 분산매의 구체예로서는, 예를 들면, 물, 메탄올, 에탄올, 부탄올, 프로판올, 이소프로판올 등의 알코올계 용매, 1,4-디옥산, 테트라히드로푸란(THF) 등의 에테르계 용매, 피리딘, 피라진, 피롤 등의 방향족 복소환 화합물계 용매, N,N-디메틸포름아미드(DMF), N,N-디메틸아세트아미드(DMA) 등의 아미드계 용매, 아세토니트릴 등의 니트릴계 용매, 아세트알데히드 등의 알데히드계 용매 등을 들 수 있고, 이들 중, 1종 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.

[은 콜로이드 입자]

다음으로, 은 콜로이드 입자에 대하여 설명한다.

은 콜로이드 입자(금속 콜로이드 입자)란, 분산제가 표면에 흡착된 은 입자(금속 입자)의 것을 말한다.

분산제로서는, COOH기와 OH기를 합하여 3개 이상 갖고, 또한, COOH기의 수가 OH기와 동일하거나, 그것보다도 많은 히드록시산염을 사용하는 것이 바람직하다. 이들 분산제는, 은 미립자의 표면에 흡착되어 콜로이드 입자를 형성하고, 분산제 중에 존재하는 COOH기의 전기적 반발력에 의해 콜로이드 입자를 수용액 중에 균일하게 분산시켜 콜로이드액을 안정화하는 작용을 갖는다. 이에 대하여, 분산제 중의 COOH기와 OH기의 수가 3개 미만이거나, COOH기의 수가 OH기의 수보다도 적으면, 은 콜로이드 입자의 분산성이 충분히 얻어지지 않는 경우가 있다.

이와 같은 분산제로서는, 예를 들면, 시트르산, 말산, 시트르산3나트륨, 시트르산3칼륨, 시트르산3리튬, 시트르산3암모늄, 말산2나트륨, 탄닌산, 갈로탄닌산, 오배자 탄닌 등을 들 수 있고, 이들 중 1종 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.

또는, 분산제로서는, COOH기와 SH기가 합하여 2개 이상 갖는 메르캅토산 또는 그 염을 사용하는 것이 바람직하다. 이들의 분산제는, 메르캅토기가 은 미립자의 표면에 흡착되어 콜로이드 입자를 형성하고, 분산제 중에 존재하는 COOH기의 전기적 반발력에 의해 콜로이드 입자를 수용액 중에 균일하게 분산시켜 콜로이드액을 안정화하는 작용을 갖는다. 이에 대하여, 분산제 중의 COOH기와 SH기의 수가 2개 미만 즉 한쪽만이면, 은 콜로이드 입자의 분산성이 충분히 얻어지지 않는 경우가 있다.

이와 같은 분산제로서, 메르캅토아세트산, 메르캅토프로피온산, 티오디프로피온산, 메르캅토숙신산, 티오아세트산, 메르캅토아세트산나트륨, 메르캅토프로피온산나트륨, 티오디프로피온산나트륨, 메르캅토숙신산2나트륨, 메르캅토아세트산칼륨, 메르캅토프로피온산칼륨, 티오디프로피온산칼륨, 메르캅토숙신산2칼륨 등을 들 수 있고, 이들 중 1종 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.

잉크 중에서의 은 콜로이드 입자의 함유량은, 1∼60wt% 정도인 것이 바람직하고, 10∼50wt% 정도인 것이 보다 바람직하다. 은 콜로이드 입자의 함유량이 상 기 하한값 미만이면, 은의 함유량이 적어, 도체 패턴을 형성했을 때, 비교적 두꺼운 막을 형성하는 경우에, 복수회 중첩 도포할 필요가 생긴다. 한편, 은 콜로이드 입자의 함유량이 상기 상한값을 초과하면, 은의 함유량이 많아져, 분산성이 저하하고, 이것을 막기 위해서는 교반의 빈도가 높아진다.

또한, 은 콜로이드 입자의 평균 입경은, 1∼100nm인 것이 바람직하고, 10∼30nm인 것이 보다 바람직하다. 이에 의해, 잉크의 토출성을 보다 높은 것으로 할 수 있고, 미세한 도체 패턴을 용이하게 형성할 수 있다.

또한, 은 콜로이드 입자의 열중량 분석에 있어서의 500℃까지의 가열 감량은, 1∼25wt% 정도가 바람직하다. 콜로이드 입자(고형분)를 500℃까지 가열하면, 표면에 부착한 분산제, 후술하는 환원제(잔류 환원제) 등이 산화 분해되어, 대부분의 것은 가스화되어 소실한다. 잔류 환원제의 양은, 미소하다고 여겨지므로, 500℃까지의 가열에 의한 감량은, 콜로이드 입자 중의 분산제의 양에 거의 상당하다고 여겨도 좋다.

가열 감량이 1wt% 미만이면, 은 입자에 대한 분산제의 양이 적어, 은 입자의 충분한 분산성이 저하한다. 한편, 25wt%를 초과하면, 은 입자에 대한 잔류 분산제의 양이 많아져, 도체 패턴의 비저항이 높아진다. 비저항은, 도체 패턴의 형성 후에 가열 소성하여 유기분을 분해 소실시킴으로써 어느 정도 개선할 수 있다. 그 때문에, 보다 고온에서 소성되는 세라믹스 기판 등에 유효하다.

또한, 잉크 중에 함유되는 은 입자(분산제가 표면에 흡착되어 있지 않은 은 입자)의 함유량은, 0.5∼60wt%인 것이 바람직하고, 10∼45wt%인 것이 보다 바람직 하다. 이에 의해, 도체 패턴의 단선을 보다 효과적으로 방지할 수 있고, 보다 신뢰성이 높은 도체 패턴을 제공할 수 있다.

또, 은 콜로이드 입자의 형성에 대하여는, 후에 상술한다.

[건조 억제제]

본 발명의 도체 패턴 형성용 잉크에는, 잉크의 건조를 억제하는 건조 억제제가 함유되어 있다.

그런데, 종래의 도체 패턴 형성용 잉크에서는, 토출 대기시나 장시간 연속하여 토출했을 때에, 액적 토출 헤드(잉크젯 헤드)의 액적의 토출부 부근에서, 도체 패턴 형성용 잉크의 분산매의 휘발에 의해 금속 입자가 석출되어 버린다는 문제가 있었다. 이와 같이 액적의 토출부 부근에 금속 입자가 석출되면, 토출된 액적의 궤도가 변화하여(이른바, 비행 굽음이 발생하여), 목적 부위에 액적을 착탄시킬 수 없게 되거나, 액적의 토출량이 불안정화하는 등의 문제가 생기는 경우가 있었다.

이에 대하여, 본 발명의 도체 패턴 형성용 잉크에서는, 잉크의 건조를 억제하는 건조 억제제가 함유되어 있음으로써, 토출 대기시나 장시간 연속하여 토출했을 때에, 잉크젯 헤드의 액적의 토출부 부근에서, 분산매가 휘발하는 것을 억제할 수 있다. 이에 의해, 상기와 같은 문제의 발생을 효과적으로 방지할 수 있어, 액적 토출 헤드로부터 안정적으로 토출할 수 있다. 그 결과, 원하는 형상으로, 또한, 신뢰성이 높은 도체 패턴을 용이하게 형성할 수 있다.

건조 억제제로서는, 동일 분자 내에 수산기를 2개 이상 갖는 다가 알코올을 사용하는 것이 바람직하다. 다가 알코올을 사용함으로써, 다가 알코올과 수계 분 산매 사이의 상호 작용(예를 들면, 수소 결합이나 반데르발스 결합 등)에 의해, 수계 분산매의 휘발(건조)을 효과적으로 억제할 수 있고, 잉크젯 헤드의 토출부 부근에서의 분산매의 휘발을 보다 효과적으로 억제할 수 있다. 또한, 다가 알코올은, 도체 패턴을 형성할 때에는 도체 패턴 내로부터 용이하게 제거(분해 제거)할 수 있다. 또한, 다가 알코올을 사용함으로써, 잉크의 점도를 적당한 것으로 할 수 있고, 성막성을 향상시킬 수 있다.

다가 알코올로서는, 예를 들면, 에틸렌글리콜, 1,3-부틸렌글리콜, 1,3-프로판디올, 프로필렌글리콜이나, 당의 알데히드기 및 케톤기를 환원하여 얻어지는 당알코올 등을 들 수 있고, 이들 중 1종 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.

상술한 중에서도, 다가 알코올로서 당알코올을 포함하는 것을 사용한 경우, 분자량당의 수산기수가 많기 때문에, 수계 분산매에 대하여 뛰어난 건조 억제 효과를 갖는다. 그 결과, 잉크젯 헤드의 토출부 부근에서의 수계 분산매의 휘발을 더욱 효과적으로 억제할 수 있다. 또한, 분자량당의 산소수가 많기 때문에 연소하기 쉬워, 도체 패턴을 형성할 때에는 도체 패턴 내로부터 보다 용이하게 제거(산화 분해)할 수 있다. 또한, 도체 패턴 형성용 잉크에 의해 형성된 막(후에 상술하는 도체 패턴의 전구체)을 건조(탈분산매)할 때에, 수계 분산매의 휘발과 함께, 당알코올의 농도가 상승한다. 이에 의해, 도체 패턴의 전구체의 점도가 상승하기 때문에, 전구체를 구성하는 잉크의 잘못된 부위로의 유출이 보다 확실히 방지된다. 그 결과, 형성되는 도체 패턴을 보다 높은 정밀도로 원하는 형상으로 할 수 있다. 그 때문에, 잉크젯의 사용 온도역에서 고체인 것이 농도 상승에 의한 점도 상승이 크 게 바람직하다.

또한, 다가 알코올로서는, 적어도 2종 이상의 당알코올을 포함하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 잉크젯 헤드의 토출부 부근에서의 수계 분산매의 휘발을 보다 확실히 억제할 수 있다.

당알코올로서는, 예를 들면, 트레이톨, 에리트리톨, 펜타에리트리톨, 디펜타에리트리톨, 트리펜타에리트리톨, 아라비톨, 리비톨, 자일리톨, 소르비톨, 만니톨, 굴리톨, 탈리톨, 갈락티톨, 알리톨, 알트리톨, 돌루시톨, 이디톨, 글리세린(글리세롤), 이노시톨, 말티톨, 이소말티톨, 락티톨, 투라니톨(turanitol) 등을 들 수 있고, 이들 중 1종 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 이들 중에서도, 글리세린, 자일리톨, 소르비톨, 에리트리톨, 말티톨, 만니톨, 갈락티톨, 이노시톨, 락티톨로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 당알코올을 포함하는 것이 바람직하고, 2종 이상의 당알코올을 포함하는 것이 보다 바람직하다. 이에 의해, 당알코올을 포함하는 것에 의한 상술한 바와 같은 효과를 보다 현저한 것으로 할 수 있다.

건조 억제제 중에 당알코올을 함유하는 경우, 그 함유량은, 15wt% 이상인 것이 바람직하고, 30wt% 이상인 것이 보다 바람직하고, 40∼70wt%인 것이 더욱 바람직하다. 이에 의해, 잉크젯 헤드의 토출부 부근에서의 수계 분산매의 휘발을 보다 확실히 억제할 수 있다.

또한, 다가 알코올로서, 1,3-프로판디올을 포함하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 잉크젯 헤드의 토출부 부근에서의 수계 분산매의 휘발을 보다 효과적으로 억 제할 수 있고, 잉크의 점도를 보다 적당한 것으로 할 수 있어, 토출 안정성이 더욱 향상된다.

건조 억제제 중에 1,3-프로판디올을 함유하는 경우, 건조제 중에서의 그 함유량은, 10∼70wt%인 것이 바람직하고, 20∼60wt%인 것이 보다 바람직하다. 이에 의해, 잉크의 토출 안정성을 보다 효과적으로 향상시킬 수 있다.

또한, 잉크 중에 함유되는 건조 방지제의 함유량은, 3∼25wt%인 것이 바람직하고, 5∼20wt%인 것이 보다 바람직하다. 이에 의해, 잉크젯 헤드의 토출부 부근에서의 수계 분산매의 휘발을 보다 효과적으로 억제할 수 있고, 형성되는 도체 패턴을 보다 높은 정밀도로 원하는 형상으로 할 수 있다. 잉크 중에 함유되는 건조 억제제의 함유량이 상기 하한값 미만이면, 건조 억제제를 구성하는 재료에 따라서는, 충분한 건조 억제 효과가 얻어지지 않는 경우가 있다. 한편, 건조 방지제의 함유량이 상기 상한값을 초과하면, 은 입자에 대한 건조 억제제의 양이 너무 많아져, 소결시에 잔존하기 쉬워진다. 그 결과로서, 도체 패턴의 비저항이 높아진다. 비저항은, 소결 시간이나 소결 환경의 제어에 의해 어느 정도 개선할 수 있다.

[그 밖의 성분]

또한, 도체 패턴 형성용 잉크에는, 상기 성분 이외에, 크랙 발생 방지제가 함유되어 있어도 좋다. 또, 크랙 발생 방지제란, 도체 패턴을 형성할 때의 탈분산매시에 크랙이 발생하는 것을 방지하는 기능을 갖는 것이다. 바꿔 말하면, 크랙 발생 방지제란, 도체 패턴 형성용 잉크에 의해 형성된 막(후에 상술하는 도체 패턴의 전구체)을 건조(탈분산매)시켰을 때에, 막에 크랙이 발생하는 것을 방지하는 기 능을 갖는 것이다.

크랙 발생 방지제를 함유함으로써, 기재(특히, 후술하는 세라믹스 그린 시트)의 온도 변화에 의한 팽창·수축이나, 탈분산매시의 도체 패턴의 전구체의 수축 등에의 추종성(追從性)이 양호하게 되어, 그 결과, 크랙의 발생을 방지할 수 있다.

크랙 발생 방지제로서는, 폴리글리세린, 폴리글리세린에스테르 등의 폴리글리세린 골격을 갖는 폴리글리세린 화합물, 폴리에틸렌글리콜 등을 들 수 있고, 이들 중 1종 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.

폴리글리세린에스테르로서는, 예를 들면, 폴리글리세린의 모노스테아레이트, 트리스테아레이트, 테트라스테아레이트, 모노올레에이트, 펜타올레에이트, 모노라우레이트, 모노카프릴레이트, 폴리리시놀레이트, 세스퀴스테아레이트, 데카올레에이트, 세스퀴올레에이트 등을 들 수 있다.

이와 같은 크랙 발생 방지제를 사용함으로써, 은 콜로이드 입자(금속 입자) 사이에 고분자쇄가 존재하는 것으로 되고, 그 때문에, 은 콜로이드 입자끼리의 접근과 응집을 억제할 수 있어, 보다 고농도의 은 콜로이드 입자를 안정하게 분산시킬 수 있다.

또한, 이와 같은 크랙 발생 방지제를 함유함으로써, 잉크의 점도를 보다 적당한 것으로 할 수 있어, 잉크젯 헤드로부터의 토출성을 보다 효과적으로 향상시킬 수 있다. 또한, 성막성도 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 크랙 발생 방지제는 비교적 비점 혹은 분해 온도가 높기 때문에, 도체 패턴 형성용 잉크로 도체 패턴을 형성하는 과정에 있어서, 은 콜로이드액의 수계 분산매가 증발한 후에, 크랙 발생 방지제를 증발 혹은 열(산화)분해시키는 것이 가능하다. 크랙 발생 방지제가 증발 혹은 열(산화)분해할 때까지는, 은 콜로이드 입자끼리의 접근과 응집을 억제할 수 있기 때문에, 도체 패턴의 전구체의 소결 온도를 크랙 발생 방지제의 비점 혹은 분해 온도로 제어할 수 있다. 또한, 크랙 발생 방지제의 존재는, 수계 분산매 증발시의 급격한 체적 수축이 회피되고 은의 급격한 입성장이 방해받는다.

상술한 중에서도, 특히, 폴리글리세린 골격을 갖는 폴리글리세린 화합물을 사용하는 것이 바람직하고, 폴리글리세린을 사용하는 것이 보다 바람직하다. 이에 의해, 크랙의 발생을 보다 확실히 방지할 수 있고, 상술한 바와 같은 효과를 보다 현저한 것으로 할 수 있다. 또한, 이들 화합물은, 용매(물)에의 용해도도 높으므로, 적합하게 사용할 수 있다.

또한, 폴리글리세린 화합물로서는, 그 중량평균 분자량이 300∼3000인 것을 사용하는 것이 바람직하고, 400∼600인 것을 사용하는 것이 보다 바람직하다. 이에 의해, 도체 패턴 형성용 잉크에 의해 형성된 막을 건조했을 때에, 크랙의 발생을 보다 확실히 방지할 수 있다. 폴리글리세린 화합물의 중량평균 분자량이 상기 하한값 미만이면, 건조시에 분해하는 경향이 있어, 크랙의 발생을 방지하는 효과가 작아진다. 또한, 폴리글리세린 화합물의 중량평균 분자량이 상기 상한값을 초과하면, 배제체적 효과 등에 의해 콜로이드액 중에의 분산성이 저하한다.

또한, 폴리에틸렌글리콜로서는, 예를 들면, 폴리에틸렌글리콜#200(중량평균 분자량200), 폴리에틸렌글리콜#300(중량평균 분자량300), 폴리에틸렌글리콜#400(평 균 분자량400), 폴리에틸렌글리콜#600(중량평균 분자량600), 폴리에틸렌글리콜#1000(중량평균 분자량1000), 폴리에틸렌글리콜#1500(중량평균 분자량1500), 폴리에틸렌글리콜#1540(중량평균 분자량1540), 폴리에틸렌글리콜#2000(중량평균 분자량2000) 등을 들 수 있다.

잉크 중에 함유되는 크랙 발생 방지제(특히, 폴리글리세린 화합물)의 함유량은, 5∼25wt%인 것이 바람직하고, 6∼22wt%인 것이 보다 바람직하고, 7∼20wt%인 것이 더욱 바람직하다. 이에 의해, 크랙의 발생을 보다 효과적으로 방지할 수 있다. 이에 대하여, 크랙 발생 방지제의 함유량이 상기 하한값 미만이면, 상기 분자량이 하한값을 밑돈 경우에는, 크랙의 발생을 방지하는 효과가 작아진다. 또한, 크랙 발생 방지제의 함유량이 상기 상한값을 초과하면, 상기 분자량이 상한값을 초과한 경우에는, 콜로이드액 중에의 분산성이 저하한다.

또한, 도체 패턴 형성용 잉크에는, 상기 성분 이외에, 아세틸렌글리콜계 화합물이 함유되어 있어도 좋다. 아세틸렌글리콜계 화합물은, 도체 패턴 형성용 잉크와 기재의 접촉각을 소정의 범위로 조정하는 기능을 갖는 것이다. 또한, 아세틸렌글리콜계 화합물은, 적은 첨가량으로, 도체 패턴 형성용 잉크와 기재의 접촉각을 소정의 범위로 조정할 수 있다. 또한, 토출한 액적 내에 기포가 혼입한 경우이어도, 신속하게 기포를 제거할 수 있다.

이와 같이, 도체 패턴 형성용 잉크와 기재의 접촉각을 소정의 범위로 조정함으로써, 보다 미세한 도체 패턴을 형성할 수 있다.

상기 화합물은, 구체적으로는, 도체 패턴 형성용 잉크와 기재의 접촉각이 40 ∼80°(보다 바람직하게는 50∼80°)로 조정하는 기능을 갖는 것이다. 접촉각이 너무 작으면, 미세한 선폭의 도체 패턴을 형성하는 것이 곤란하게 되는 경우가 있다. 한편, 접촉각이 너무 크면, 토출 조건 등에 따라서는, 균일한 선폭의 도체 패턴을 형성하는 것이 곤란하게 되는 경우가 있다. 또한, 착탄한 액적과 기재의 접촉 면적이 너무 작아져버려, 착탄한 액적이 착탄 위치로부터 벗어나 버리는 경우가 있다.

아세틸렌글리콜계 화합물로서는, 예를 들면, 서피놀(surfynol) 104 시리즈(104E, 104H, 104PG-50, 104PA 등), 서피놀 400 시리즈(420, 465, 485 등), 올핀(olfine) 시리즈(EXP4036, EXP4001, E1010 등)(「서피놀」 및 「올핀」은, 닛신가가쿠고교가부시키가이샤의 상품명) 등을 들 수 있고, 이들 중 1종 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.

또한, 잉크 중에는, HLB값이 다른 2종 이상의 아세틸렌글리콜계 화합물을 함유하고 있는 것이 바람직하다. 도체 패턴 형성용 잉크와 기재의 접촉각을 소정의 범위로 보다 용이하게 조정할 수 있다.

특히, 잉크 중에 함유되는 2종 이상의 아세틸렌글리콜계 화합물 중, 가장 HLB값이 높은 아세틸렌글리콜계 화합물의 HLB값과, 가장 HLB값이 낮은 아세틸렌글리콜계 화합물의 HLB값의 차가, 4∼12인 것이 바람직하고, 5∼10인 것이 보다 바람직하다. 이에 의해, 보다 적은 표면장력 조정제의 첨가량으로, 도체 패턴 형성용 잉크와 기재의 접촉각을 소정의 범위로 보다 용이하게 조정할 수 있다.

잉크 중에 2종 이상의 아세틸렌글리콜계 화합물을 함유하는 것을 사용하는 경우, 가장 HLB값의 높은 아세틸렌글리콜계 화합물의 HLB값은, 8∼16인 것이 바람직하고, 9∼14인 것이 보다 바람직하다.

또한, 잉크 중에 2종 이상의 아세틸렌글리콜계 화합물을 함유하는 것을 사용하는 경우, 가장 HLB값이 낮은 아세틸렌글리콜계 화합물의 HLB값은, 2∼7인 것이 바람직하고, 3∼5인 것이 보다 바람직하다.

잉크 중에 함유되는 아세틸렌글리콜계 화합물의 함유량은, 0.001∼1wt%인 것이 바람직하고, 0.01∼0.5wt%인 것이 보다 바람직하다. 이에 의해, 도체 패턴 형성용 잉크와 기재의 접촉각을 보다 효과적으로 소정의 범위로 조정할 수 있다.

또, 도체 패턴 형성용 잉크의 구성 성분은, 상기 성분에 한정되지 않고, 상기 이외의 성분을 함유하고 있어도 좋다.

또한, 상기 설명에서는, 은 콜로이드 입자가 분산된 것으로서 설명했지만, 은 이외의 것이어도 좋다. 콜로이드 입자에 함유되는 금속으로서는, 예를 들면, 은, 구리, 팔라듐, 백금, 금, 또는, 이들의 합금 등을 들 수 있고, 이들 중 1종 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 금속 입자가 합금인 경우, 상기 금속이 주가 되는 것으로, 많은 금속을 함유하는 합금이어도 좋다. 또한, 상기 금속끼리가 임의의 비율로 혼합된 합금이어도 좋다. 또한, 혼합 입자(예를 들면, 은 입자와 구리 입자와 팔라듐 입자가 임의의 비율로 존재하는 것)가 액 중에 분산한 것이어도 좋다. 이들 금속은, 저항률이 작고, 또한, 가열 처리에 의해 산화되지 않는 안정한 것이므로, 이들 금속을 사용함으로써, 저(低)저항으로 안정한 도체 패턴을 형성하는 것이 가능하게 된다.

《도체 패턴 형성용 잉크의 제조 방법》

다음으로, 상술한 바와 같은 도체 패턴 형성용 잉크의 제조 방법의 일례에 대하여 설명한다.

본 실시 형태의 잉크를 제조할 때에는, 우선, 상기 분산제와, 환원제를 용해한 수용액을 제조한다.

분산제의 배합량으로서는, 출발 물질인 질산은과 같은 은염 중의 은과 분산제의 몰비가 1:1∼1:100 정도가 되도록 배합하는 것이 바람직하다. 은염에 대한 분산제의 몰비가 커지면, 은 입자의 입경이 작아져 도체 패턴 형성 후의 입자끼리의 접촉점이 늘어나기 때문에, 체적 저항값이 낮은 피막을 얻을 수 있다.

환원제는, 출발 물질인 질산은(Ag⁺NO₃ ^-)과 같은 은염 중의 Ag⁺이온을 환원하여 은 입자를 생성한다는 작용을 갖는다.

환원제로서는, 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 히드라진, 디메틸아미노에탄올, 메틸디에탄올아민, 트리에탄올아민 등의 아민계; 수산화붕소나트륨, 수소 가스, 요오드화수소 등의 수소 화합물계; 일산화탄소, 아황산, 차아인산 등의 산화물계, Fe(Ⅱ) 화합물, Sn(Ⅱ) 화합물 등의 저(低)원자가 금속염계, D-글루코오스와 같은 당류, 포름알데히드 등의 유기 화합물계, 혹은 상기 분산제로서 예시한 히드록시산인 시트르산, 말산이나 히드록시산염인 시트르산3나트륨, 시트르산3칼륨, 시트르산3리튬, 시트르산3암모늄, 말산2나트륨이나 탄닌산 등을 들 수 있다. 중에서도, 탄닌산이나, 히드록시산은 환원제로서 기능함과 동시에 분산제로서의 효과를 발휘하기 때문에 적합하게 사용할 수 있다. 또한, 금속 표면에서 안정한 결합을 형성하는 분산제로서 상기에 예시한 메르캅토산인 메르캅토아세트산, 메르캅토프로피온산, 티오디프로피온산, 메르캅토숙신산, 티오아세트산이나 메르캅토산염인 메르캅토아세트산나트륨, 메르캅토프로피온산나트륨, 티오디프로피온산나트륨, 메르캅토숙신산나트륨, 메르캅토아세트산칼륨, 메르캅토프로피온산칼륨, 티오디프로피온산칼륨, 메르캅토숙신산칼륨 등을 적합하게 사용할 수 있다. 이들의 분산제나 환원제는 단독으로 사용되어도 좋고, 2종 이상이 병용되어도 좋다. 이들 화합물을 사용할 때에는, 광이나 열을 가하여 환원 반응을 촉진시켜도 좋다.

또한, 환원제의 배합량으로서는, 상기 출발 물질인 은염을 완전히 환원할 수 있는 양이 필요하지만, 과잉의 환원제는 불순물로서 은 콜로이드 수용액 중에 잔존해 버려, 성막 후의 도전성을 악화시키는 등의 원인이 되기 때문에, 필요 최소한의 양이 바람직하다. 구체적인 배합량으로서는, 상기 은염과 환원제의 몰비가 1:1∼1:3 정도이다.

본 실시 형태에 있어서, 분산제와 환원제를 용해하여 수용액을 제조한 후, 이 수용액의 pH를 6∼12로 조정하는 것이 바람직하다.

이것은, 이하와 같은 이유에 의한다. 예를 들면, 분산제인 시트르산3나트륨과 환원제인 황산제1철을 혼합한 경우, 전체의 농도에도 의존하지만 pH는 대체로 4∼5 정도로, 상기한 pH6을 밑돈다. 이 때 존재하는 수소 이온은, 하기 반응식(1)으로 표시되는 반응의 평형을 우변으로 이동시켜, COOH의 양이 많아진다. 따라서, 그 후, 은염 용액을 적하하여 얻어지는 은 입자 표면의 전기적 반발력이 감소하여, 은 입자(콜로이드 입자)의 분산성이 저하해 버린다.

-COO^-+H⁺ → -COOH …(1)

그래서, 분산제와 환원제를 용해하여 수용액을 제조한 후, 이 수용액에 알칼리성의 화합물을 첨가하고, 수소 이온 농도를 저하시킨다.

첨가하는 알칼리성의 화합물로서는, 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화리튬, 암모니아수 등을 사용할 수 있다. 이들 중에서는, 소량으로 용이하게 pH를 조정할 수 있는 수산화나트륨이 바람직하다.

또, 알칼리성의 화합물의 첨가량이 너무 많아, pH가 12를 초과하면, 철 이온과 같은 잔존하고 있는 환원제의 이온의 수산화물의 침전이 일어나기 쉬워진다.

다음으로, 본 실시 형태의 잉크의 제조 공정에서는, 제조한 분산제와 환원제가 용해된 수용액에 은염을 함유하는 수용액을 적하한다.

은염으로서는, 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 아세트산은, 탄산은, 산화은, 황산은, 아질산은, 염소산은, 황화은, 크롬산은, 질산은, 2크롬산은 등을 사용할 수 있다. 이들 중에서는, 물에의 용해도가 큰 질산은이 바람직하다.

또한, 은염의 양은, 목적으로 하는 콜로이드 입자의 함유량, 및, 환원제에 의해 환원되는 비율을 고려하여 정해지는데, 예를 들면, 질산은의 경우, 수용액 100중량부에 대하여 15∼70중량부 정도로 하는 것이 바람직하다.

은염 수용액은, 상기 은염을 순수에 용해함으로써 제조하고, 제조한 은염의 수용액을 서서히 상술한 분산제와 환원제가 용해된 수용액 중에 적하한다.

이 공정에서, 은염은 환원제에 의해 은 입자로 환원되고, 또한, 그 은 입자의 표면에 분산제가 흡착되어 은 콜로이드 입자가 형성된다. 이에 의해, 은 콜로이드 입자가 수용액 중에 콜로이드상으로 분산한 수용액이 얻어진다.

얻어진 용액 중에는, 콜로이드 입자 이외에, 환원제의 잔류물이나 분산제가 존재하고 있어, 액 전체의 이온 농도가 높아져 있다. 이와 같은 상태의 액은, 응석이 일어나, 침전하기 쉽다. 그래서, 이와 같은 수용액 중의 여분의 이온(환원제의 잔류물이나 분산제)을 제거하여 이온 농도를 저하시키기 위해서, 세정을 행하는 것이 바람직하다.

세정의 방법으로서는, 예를 들면, 얻어진 콜로이드 입자를 함유하는 수용액을 일정 기간 정치하여, 생긴 상징액을 제거한 후에, 순수를 가하고 다시 교반하여, 일정 기간 더 정치하여 생긴 상징액을 제거하는 공정을 몇번 반복하는 방법, 상기 정치 대신에 원심 분리를 행하는 방법, 한외 여과 등으로 이온을 제거하는 방법을 들 수 있다.

또는, 제조한 후에 용액의 pH를 5 이하의 산성의 영역으로 조정하여, 상기 반응식(1)의 반응의 평형을 우변으로 이동시킴으로써 은 입자 표면의 전기적 반발력을 감소시켜, 적극적으로 은 콜로이드 입자(금속 콜로이드 입자)를 응집시킨 상태로 세정을 행하여, 염류나 용매를 제거할 수 있다. 메르캅토산과 같은 저분자량의 황 화합물을 분산제로서 입자 표면에 갖는 금속 콜로이드 입자이면 금속 표면에서 안정한 결합을 형성하기 때문에, 응집한 금속 콜로이드 입자는, 용액의 pH를 6 이상의 알칼리성의 영역으로 재조정함으로써, 용이하게 재분산하여, 분산 안정성이 뛰어난 금속 콜로이드액을 얻는 방법을 들 수 있다.

본 실시 형태의 잉크의 제조 과정에서는, 상기 공정 후, 필요에 따라 은 콜로이드 입자가 분산된 수용액에 수산화 알칼리 금속 수용액을 첨가하고, 최종적인 pH를 6∼11로 조정하는 것이 바람직하다.

이것은, 환원 후에 세정을 행했기 때문에, 전해질 이온인 나트륨 농도가 감소되어 있는 경우가 있고, 이와 같은 상태의 용액에서는, 하기 반응식(2)으로 표시되는 반응의 평형이 우변으로 이동한다. 이대로는, 은 콜로이드의 전기적 반발력이 감소하여 은 입자의 분산성이 저하하기 때문에, 적당량의 수산화 알칼리를 첨가함으로써, 반응식(2)의 평형을 좌변으로 이동시켜, 은 콜로이드를 안정화시키는 것이다.

-COO^-Na⁺+H₂O → -COOH+Na⁺+OH^- …(2)

이 때에 사용하는 상기 수산화 알칼리 금속으로서는, 예를 들면, 최초에 pH를 조정할 때에 사용한 화합물과 동일한 화합물을 들 수 있다.

pH가 6 미만에서는, 반응식(2)의 평형이 우변으로 이동하기 때문에, 콜로이드 입자가 불안정화하고, 한편, pH가 11을 초과하면, 철 이온과 같은 잔존하고 있는 이온의 수산화염의 침전이 일어나기 쉬워지기 때문에 바람직하지 않다. 단, 미리 철 이온 등을 제거하여 두면, pH가 11을 초과해도 큰 문제는 없다.

또, 나트륨 이온 등의 양이온은 수산화물의 형태로 가하는 것이 바람직하다. 이것은, 물의 자기 프로톨리시스를 이용할 수 있기 때문에 가장 효과적으로 나트륨 이온 등의 양이온을 수용액 중에 가할 수 있기 때문이다.

이상과 같이 하여 얻어진 은 콜로이드 입자가 분산된 수용액에, 상술한 바와 같은 건조 억제제 등의 다른 성분을 첨가함으로써, 도체 패턴 형성용 잉크(본 발명의 도체 패턴 형성용 잉크)를 얻는다.

또, 건조 억제제 등의 다른 성분의 첨가 시기는, 특별히 한정되지 않고, 콜로이드 입자의 형성 후라면 언제라도 좋다.

《도체 패턴》

다음으로, 본 실시 형태의 도체 패턴에 대하여 설명한다.

이 도체 패턴은, 상기 잉크를 기재(그 전구체도 포함한다) 위에 도포한 후, 가열함으로써 형성되는 박막상의 도체 패턴으로서, 은 입자가 상호 결합되어 있고, 적어도 도체 패턴 표면에서 상기 은 입자끼리가 간극없이 결합하고 있고, 또한 비저항이 20μΩcm 미만의 것이다.

특히, 당해 도체 패턴은, 본 발명의 도체 패턴 형성용 잉크를 사용하여 형성되므로, 토출 불량에 의한 단선이나 인접하는 도체 패턴끼리의 접촉 등이 방지되고, 균질한 것으로 되어, 특히 신뢰성이 높은 것이 된다.

본 실시 형태의 도체 패턴은, 상기 잉크를 액적 토출법에 의해 기재(그 전구체도 포함한다) 위에 부여한 후, 건조(탈수계 분산매)시키고, 그 후, 소결함으로써 형성된다.

건조 조건으로서는, 예를 들면, 40∼100℃에서 행하는 것이 바람직하고, 50∼70℃에서 행하는 것이 보다 바람직하다. 이와 같은 조건으로 함으로써, 건조했 을 때에, 크랙이 발생하는 것을 보다 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 소결은, 160℃ 이상에서 20분 이상 가열하면 좋다. 또, 이 소결은, 예를 들면, 잉크를 부여하는 기재가, 후술하는 바와 같은 세라믹스 성형체(세라믹스 그린 시트)인 경우, 세라믹스 성형체의 소결과 함께 행할 수 있다.

상기 기재(그 전구체도 포함한다)로서는 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 알루미나 소결체, 폴리이미드 수지, 페놀 수지, 유리 에폭시 수지, 유리 등으로 이루어지는 기판, 세라믹스와 바인더를 함유하는 재료로 구성된 시트상의 세라믹스 성형체 등을 들 수 있다.

도체 패턴의 비저항은, 20μΩcm 미만인 것이 바람직하고, 15μΩcm 이하인 것이 보다 바람직하다. 이 때의 비저항은, 잉크의 부여 후, 160℃에서 가열, 건조한 후의 비저항을 말한다. 상기 비저항이 20μΩcm 이상이 되면, 도전성이 요구되는 용도, 즉 회로 기판 위에 형성하는 전극 등에 사용하는 것이 곤란하게 된다.

또한, 본 실시 형태의 도체 패턴을 형성할 때에는, 액적 토출 방법에 의해 잉크를 부여하고 나서 예비 가열하여 물 등의 분산매를 증발시키고, 예비 가열 후의 막 위에 다시 잉크를 부여한다는 공정을 반복 행함으로써, 후막의 도체 패턴을 형성할 수도 있다.

물 등의 분산매를 증발시킨 후의 잉크에는, 상술한 바와 같은 건조 억제제와 은 콜로이드 입자가 잔존하고 있으므로, 형성된 막이 완전히 건조하지 않는 상태에서도 막이 유실되어 버릴 우려가 없다. 따라서, 일단, 잉크를 부여하고 건조하고 나서 장시간 방치하고, 그 후, 다시 잉크를 부여하는 것이 가능하게 된다.

또한, 상술한 바와 같은 건조 억제제는, 화학적, 물리적으로 안정한 화합물이므로, 잉크를 부여하여 건조하고 나서 장시간 방치해도 잉크가 변질할 우려가 없어, 다시 잉크를 부여하는 것이 가능하게 되어, 균질한 막을 형성할 수 있다. 이에 의해, 도체 패턴 자체가 다층 구조로 될 우려가 없어, 층간끼리 사이의 비저항이 상승하여 도체 패턴 전체의 비저항이 증대할 우려가 없다.

상기 공정을 거침으로써, 본 실시 형태의 도체 패턴은, 종래의 잉크에 의해 형성된 도체 패턴에 비해 두껍게 형성할 수 있다. 보다 구체적으로는 5㎛ 이상의 두께의 것을 형성할 수 있다. 본 실시 형태의 도체 패턴은 상기 잉크에 의해 형성되는 것이므로, 5㎛ 이상의 후막으로 형성해도 크랙의 발생이 적고, 저(低)비저항의 도체 패턴을 구성할 수 있다. 또, 두께의 상한에 대하여는 특히 규정할 필요는 없지만, 과잉으로 두껍게 되면 분산매나 크랙 발생 방지제의 제거가 어려워져 비저항이 증대할 우려가 있으므로, 100㎛ 이하 정도로 하는 것이 좋다.

또한, 본 실시 형태의 도체 패턴은, 상술한 바와 같은 기재에 대한 밀착성이 양호하다.

또, 상기와 같은 도체 패턴은, 휴대 전화나 PDA 등의 이동 통화 기기의 고주파 모듈, 인터포저, MEMS(Micro Electro Mechanical Systems), 가속도 센서, 탄성 표면파 소자, 안테나나 빗살형 전극 등의 이형 전극, 기타 각종 계측 장치 등의 전자 부품 등에 적용할 수 있다.

《배선 기판 및 그 제조 방법》

다음으로, 본 발명의 도체 패턴 형성용 잉크에 의해 형성된 도체 패턴을 갖 는 배선 기판(세라믹스 회로 기판) 및 그 제조 방법의 일례에 대하여 설명한다.

본 발명에 따른 배선 기판은, 각종 전자 기기에 사용되는 전자 부품으로 이루어진 것으로, 각종 배선이나 전극 등으로 이루어지는 회로 패턴, 적층 세라믹스 콘덴서, 적층 인덕터, LC 필터, 복합 고주파 부품 등을 기판에 형성하여 이루어지는 것이다.

도 1은, 본 발명의 배선 기판(세라믹스 회로 기판)의 일례를 나타내는 종단면도, 도 2는, 도 1에 나타내는 배선 기판(세라믹스 회로 기판)의 제조 방법의, 개략의 공정을 나타내는 설명도, 도 3은, 도 1의 배선 기판(세라믹스 회로 기판)의 제조 공정 설명도, 도 4는, 잉크젯 장치(액적 토출 장치)의 개략 구성을 나타내는 사시도, 도 5는, 잉크젯 헤드(액적 토출 헤드)의 개략 구성을 설명하기 위한 모식도이다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 세라믹스 회로 기판(배선 기판)(1)은, 세라믹스 기판(2)이 다수(예를 들면 10매에서 20매 정도) 적층되어 이루어지는 적층 기판(3)과, 이 적층 기판(3)의 최외층, 즉 일방 또는 양방측의 표면에 형성된, 미세 배선 등으로 이루어지는 회로(4)를 갖고 형성된 것이다.

적층 기판(3)은, 적층된 세라믹스 기판(2, 2) 사이에, 본 발명의 도체 패턴 형성용 잉크(이하, 단지 잉크로 기재한다)에 의해 형성된 회로(도체 패턴)(5)를 구비하고 있다.

또한, 이들 회로(5)에는, 이것에 접속하는 콘택트(비어)(6)가 형성되어 있다. 이와 같은 구성에 의해 회로(5)는, 상하에 배치된 회로(5, 5) 사이가, 콘택 트(6)에 의해 도통한 것으로 되어 있다. 또, 회로(4)도, 회로(5)와 동일하게, 본 발명의 도체 패턴 형성용 잉크에 의해 형성된 것으로 되어 있다.

다음으로, 세라믹스 회로 기판(1)의 제조 방법을, 도 2의 개략 공정도를 참조하여 설명한다.

우선, 원료 분체로서, 평균 입경이 1∼2㎛ 정도의 알루미나(Al₂O₃)나 산화티탄(TiO₂) 등으로 이루어지는 세라믹스 분말과, 평균 입경이 1∼2㎛ 정도의 붕규산 유리 등으로 이루어지는 유리 분말을 준비하고, 이들을 적절한 혼합비, 예를 들면 1:1의 중량비로 혼합한다.

다음으로, 얻어진 혼합 분말에 적절한 바인더(결합제)나 가소제, 유기 용제(분산제) 등을 가하고, 혼합·교반함으로써, 슬러리를 얻는다. 여기서, 바인더로서는, 폴리비닐부티랄이 적합하게 사용되지만, 이것은 물에 불용이며, 또한, 이른바 유계의 유기 용매에 용해하거나 혹은 팽윤하기 쉬운 것이다.

다음으로, 얻어진 슬러리를, 닥터 블레이드, 리버스 코터 등을 사용하여 PET 필름 위에 시트상으로 형성하여, 제품의 제조 조건에 따라 수㎛∼수백㎛ 두께의 시트로 성형하고, 그 후, 롤에 권취한다.

계속해서, 제품의 용도에 맞춰 절단하여, 소정 치수의 시트로 재단한다. 본 실시 형태에서는, 예를 들면 1변의 길이를 200mm로 하는 정방 형상으로 재단한다.

다음으로, 필요에 따라 소정의 위치에, CO₂ 레이저, YAG 레이저, 기계식 펀치 등에 의해 천공(穿孔)을 행함으로써 스루홀을 형성한다. 그리고, 이 스루홀에, 금속 입자가 분산된 후막 도전 페이스트를 충전함으로써, 콘택트(6)가 될 부위를 형성했다. 또한, 후막 도전 페이스트를 스크린 인쇄에 의해 소정의 위치에 단자부(도시하지 않음)를 형성했다. 이와 같이 하여 콘택트(6), 단자부까지를 형성함으로써, 세라믹 그린 시트(세라믹스 성형체)(7)를 얻는다. 또, 후막 도전 페이스트로서는, 본 발명의 도체 패턴 형성용 잉크를 사용할 수 있다.

이상과 같이 하여 얻어진 세라믹스 그린 시트(7)의 한쪽측의 표면에, 본 발명에서의 도체 패턴이 되는 회로(5)의 전구체를, 상기 콘택트에 연속한 상태로 형성한다. 즉, 도 3(a)에 나타내는 바와 같이 세라믹스 그린 시트(7) 위에, 상술한 바와 같은 도체 패턴 형성용 잉크(이하 단지 잉크라고도 한다)(10)를 액적 토출(잉크젯)법에 의해 부여하여, 상기 회로(5)가 되는 전구체(11)를 형성한다.

본 실시 형태에 있어서, 도체 패턴 형성용 잉크의 토출은, 예를 들면 도 4에 나타내는 잉크젯 장치(액적 토출 장치)(50), 및, 도 5에 나타내는 잉크젯 헤드(액적 토출 헤드)(70)를 사용함으로써 행할 수 있다. 이하에, 잉크젯 장치(50) 및 잉크젯 헤드(70)에 대하여 설명한다.

도 4는, 잉크젯 장치(50)의 사시도이다. 도 4에 있어서, X방향은 베이스(52)의 좌우방향이며, Y방향은 전후방향이며, Z방향은 상하방향이다.

잉크젯 장치(50)는, 잉크젯 헤드(이하, 단지 헤드라 부른다)(70)와, 기판(S)(본 실시 형태에서는 세라믹스 그린 시트(7))을 재치하는 테이블(46)을 갖고 있다. 또, 잉크젯 장치(50)의 동작은, 제어 장치(53)에 의해 제어되도록 되어 있다.

기판(S)을 재치하는 테이블(46)은, 제1 이동 수단(54)에 의해 Y방향으로 이동 및 위치 결정 가능하게 되고, 모터(44)에 의해 θz방향으로 요동 및 위치 결정 가능하게 되어 있다.

한편, 헤드(70)는, 제2 이동 수단(도시하지 않음)에 의해 X방향으로 이동 및 위치 결정 가능하게 되고, 리니어 모터(62)에 의해 Z방향으로 이동 및 위치 결정 가능하게 되어 있다. 또한, 헤드(70)는, 모터(64, 66, 68)에 의해, 각각 α,β,γ방향으로 요동 및 위치 결정 가능하게 되어 있다. 이와 같은 구성 하에 잉크젯 장치(50)는, 헤드(70)의 잉크 토출면(70P)과, 테이블(46) 위의 기판(S)의 상대적인 위치 및 자세를, 정확하게 컨트롤할 수 있도록 되어 있다.

또한, 테이블(46)의 이면에는, 러버 히터(도시하지 않음)가 배열 설치되어 있다. 테이블(46) 위에 재치된 세라믹스 그린 시트(7)는, 그 상면 전체가 러버 히터로 소정의 온도로 가열되도록 되어 있다.

세라믹스 그린 시트(7)에 착탄한 잉크(10)는, 그 표면측으로부터 수계 분산매의 적어도 일부가 증발한다. 이 때, 세라믹스 그린 시트(7)는 가열되어 있으므로, 수계 분산매의 증발이 촉진된다. 그리고, 세라믹스 그린 시트(7)에 착탄한 잉크(10)는, 건조와 함께 그 표면의 외연으로부터 증점하여, 즉, 중앙부에 비해 외주부(外周部)에 있어서의 고형분(입자) 농도가 빨리 포화 농도에 달하므로 표면의 외연으로부터 증점해간다. 외연의 증점한 잉크(10)는, 세라믹스 그린 시트(7)의 면방향에 연하는 자신의 젖어 퍼짐을 정지하기 때문에, 착탄경 나아가 선폭의 제어가 용이하게 된다.

이 가열 온도는, 상술한 건조 조건과 동일하게 되어 있다.

헤드(70)는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 잉크젯 방식(액적 토출 방식)에 의해 잉크(10)를 노즐(돌출부)(91)로부터 토출하는 것이다.

액적 토출 방식으로서, 압전체 소자로서의 피에조 소자를 사용하여 잉크를 토출시키는 피에조 방식이나, 잉크를 가열하여 발생한 기포(버블)에 의해 잉크를 토출시키는 방식 등, 공지의 여러가지 기술을 적용할 수 있다. 이 중, 피에조 방식은, 잉크에 열을 가하지 않기 때문에, 재료의 조성에 영향을 주지 않는 등의 이점을 갖는다. 그래서, 도 5에 나타내는 헤드(70)에는, 상술한 피에조 방식이 채용되어 있다.

헤드(70)의 헤드 본체(90)에는, 저장소(reservoir)(95) 및 저장소(95)로부터 분기된 복수의 잉크실(93)이 형성되어 있다. 저장소(95)는, 각 잉크실(93)에 잉크(10)를 공급하기 위한 유로로 되어 있다.

또한, 헤드 본체(90)의 하단면에는, 잉크 토출면을 구성하는 노즐 플레이트(도시하지 않음)가 장착되어 있다. 이 노즐 플레이트에는, 잉크(10)를 토출하는 복수의 노즐(91)이, 각 잉크실(93)에 대응하여 개구되어 있다. 그리고, 각 잉크실(93)로부터 대응하는 노즐(91)을 향하여, 잉크 유로가 형성되어 있다. 한편, 헤드 본체(90)의 상단면에는, 진동판(94)이 장착되어 있다. 이 진동판(94)은, 각 잉크실(93)의 벽면을 구성하고 있다. 그 진동판(94)의 외측에는, 각 잉크실(93)에 대응하여 피에조 소자(92)가 설치되어 있다. 피에조 소자(92)는, 수정 등의 압전 재료를 한쌍의 전극(도시하지 않음)으로 협지한 것이다. 그 한쌍의 전극은, 구동 회로(99)에 접속되어 있다.

그리고, 구동 회로(99)로부터 피에조 소자(92)에 전기 신호를 입력하면, 피에조 소자(92)가 팽창 변형 또는 수축 변형한다. 피에조 소자(92)가 수축 변형하면, 잉크실(93)의 압력이 저하하여, 저장소(95)로부터 잉크실(93)에 잉크(10)가 유입한다. 또한, 피에조 소자(92)가 팽창 변형하면, 잉크실(93)의 압력이 증가하여, 노즐(91)로부터 잉크(10)가 토출된다. 또, 인가 전압을 변화시킴으로써, 피에조 소자(92)의 변형량을 제어할 수 있다. 또한, 인가 전압의 주파수를 변화시킴으로써, 피에조 소자(92)의 변형 속도를 제어할 수 있다. 즉, 피에조 소자(92)에의 인가 전압을 제어함으로써, 잉크(10)의 토출 조건을 제어할 수 있도록 되어 있다.

따라서, 이와 같은 헤드(70)를 구비한 잉크젯 장치(50)를 사용함으로써, 잉크(10)를, 세라믹스 그린 시트(7) 위의 원하는 장소에 원하는 양만큼, 정밀도좋게 토출하여, 배치할 수 있다. 또한, 잉크(10)는, 본 발명의 도체 패턴 형성용 잉크이므로, 헤드(91) 내에서의 잉크(10)의 건조가 억제되어, 금속 입자의 석출이 방지되어 있다. 따라서, 도 3(a)에 나타낸 바와 같이 전구체(11)를, 정밀도좋게 게다가 용이하게 형성할 수 있다.

이와 같이 하여 전구체(11)를 형성하면, 동일한 공정에 의해, 전구체(11)를 형성한 세라믹스 그린 시트(7)를 필요 매수, 예를 들면 10매에서 20매 정도 제작한다.

이어서, 이들 세라믹스 그린 시트로부터 PET 필름을 벗겨, 도 2에 나타내는 바와 같이 이들을 적층함으로써, 적층체(12)를 얻는다. 이 때, 적층하는 세라믹스 그린 시트(7)에 대하여는, 상하로 겹쳐지는 세라믹스 그린 시트(7) 사이로, 각각의 전구체(11)가 필요에 따라 콘택트(6)를 거쳐 접속하도록 배치한다.

이와 같이 하여 적층체(12)를 형성하면, 예를 들면, 벨트로(belt furnace) 등에 의해 가열 처리한다. 이에 의해, 각 세라믹스 그린 시트(7)는 소성됨으로써, 도 3(b)에 나타내는 바와 같이 세라믹스 기판(2)(본 발명의 배선 기판)이 되고, 또한, 전구체(11)는, 이것을 구성하는 은 콜로이드 입자가 소결하여 배선 패턴이나 전극 패턴으로 이루어지는 회로(도체 패턴)(5)가 된다. 그리고, 이와 같이 적층체(12)가 가열 처리됨으로써, 이 적층체(12)는 도 1에 나타낸 적층 기판(3)이 된다.

여기서, 적층체(12)의 가열 온도로서는, 세라믹스 그린 시트(7) 중에 함유되는 유리의 연화점 이상으로 하는 것이 바람직하고, 구체적으로는, 600℃ 이상 900℃ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 가열 조건으로서는, 적절한 속도로 온도를 상승시키고, 또한 하강시키도록 하고, 또한, 최대 가열 온도, 즉 상기 600℃ 이상 900℃ 이하의 온도에서는, 그 온도에 따라 적절한 시간 유지하도록 한다.

이와 같이 유리의 연화점 이상의 온도, 즉 상기 온도 범위로까지 가열 온도를 올림으로써, 얻어지는 세라믹스 기판(2)의 유리 성분을 연화시킬 수 있다. 따라서, 그 후 상온으로까지 냉각하여, 유리 성분을 경화시킴으로써, 적층 기판(3)을 구성하는 각 세라믹스 기판(2)과 회로(도체 패턴)(5) 사이가 보다 강고하게 고착하게 된다.

또한, 이와 같은 온도 범위로 가열함으로써, 얻어지는 세라믹스 기판(2)은, 900℃ 이하의 온도에서 소성되어 형성된, 저온 소성 세라믹스(LTCC)가 된다.

여기서, 세라믹스 그린 시트(7) 위에 배치된 잉크(10) 중의 금속은, 가열 처리에 의해 서로 융착하여, 연속함으로써 도전성을 나타내는 바와 같이 된다.

이와 같은 가열 처리에 의해 회로(5)는, 세라믹스 기판(2) 중의 콘택트(6)에 직접 접속되고, 도통되어 형성된 것이 된다. 여기서, 이 회로(5)가 단지 세라믹스 기판(2) 위에 놓여 있는 것만으로는, 세라믹스 기판(2)에 대한 기계적인 접속 강도가 확보되지 않고, 따라서 충격 등에 의해 파손해 버릴 우려가 있다. 그러나, 본 실시 형태에서는, 상술한 바와 같이 세라믹스 그린 시트(7) 중의 유리를 일단 연화시키고, 그 후 경화시킴으로써, 회로(5)를 세라믹스 기판(2)에 대하여 강고하게 고착시키고 있다. 따라서, 형성된 회로(5)는, 기계적으로도 높은 강도를 갖는 것이 된다.

또, 이와 같은 가열 처리에 의해, 회로(4)에 대하여도 상기 회로(5)와 동시에 형성할 수 있고, 이것에 의해 세라믹스 회로 기판(1)을 얻을 수 있다.

이와 같은 세라믹스 회로 기판(1)의 제조 방법에 있어서는, 특히 적층 기판(3)을 구성하는 각 세라믹스 기판(2)의 제조시에, 상술한 바와 같은 잉크(10)(본 발명의 도체 패턴 형성용 잉크)를 세라믹스 그린 시트(7)에 대하여 배치되어 있으므로, 이 도체 패턴 형성용 잉크(10)를 세라믹스 그린 시트(7) 위에 원하는 패턴상으로 양호하게 배치할 수 있고, 따라서 고(高)정밀도의 도체 패턴(회로)(5)을 형성할 수 있다.

이상, 본 발명에 대하여, 적합한 실시 형태에 의거하여 설명했지만, 본 발명 은 이들에 한정되는 것은 아니다.

예를 들면, 상술한 실시 형태에서는, 금속 입자를 용매에 분산하여 이루어지는 분산액으로서, 콜로이드액을 사용하는 경우에 대하여 설명했지만, 콜로이드액이 아니어도 좋다.

이하에 실시예를 들어 본 발명을 더 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예만에 한정되는 것은 아니다.

[1] 도체 패턴 형성용 잉크의 제조

(실시예1∼49)

각 실시예 및 비교예에 있어서의 도체 패턴 형성용 잉크는, 이하와 같이 하여 제조했다.

10N-NaOH 수용액을 3mL 첨가하여 알칼리성으로 한 물 50mL에, 시트르산3나트륨2수화물 17g, 탄닌산 0.36g를 용해했다. 얻어진 용액에 대하여 3.87mol/L 질산은 수용액 3mL를 첨가하고, 2시간 교반을 행하여 은 콜로이드액을 얻었다. 얻어진 은 콜로이드액에 대하여, 도전율이 30μS/cm 이하가 될 때까지 투석함으로써 탈염을 행했다. 투석 후, 3000rpm, 10분의 조건으로 원심 분리를 행함으로써, 조대(粗大) 금속 콜로이드 입자를 제거했다.

이 은 콜로이드액에, 건조 억제제로서의 표 1에 나타내는 다가 알코올과, 크랙 억제제로서의 폴리글리세린과, 아세틸렌글리콜계 화합물로서의 서피놀 104PG-50(닛신가가쿠고교사제) 및 올핀 EXP4036(닛신가가쿠고교사제)을 첨가하고, 또한 농도 조정용의 이온교환수를 첨가하여 조정하여, 도체 패턴 형성용 잉크로 했다.

또, 도체 패턴 형성용 잉크의 각 구성 재료의 함유량을, 표 1 및 표 2에 나타냈다.

(실시예50)

50mmol/L의 농도의 질산은 수용액 : 1000mL를 교반하면서, 저(低)분자량의 황 화합물로서 메르캅토아세트산 : 3.0g를 첨가한 후, 암모니아수(26wt%)로 수용액의 pH를 10.0로 조정했다. 실온 하, 이 수용액에 환원제로서 400mmol/l의 농도의 수소화붕소나트륨 수용액 : 50ml를 급속하게 첨가함으로써 환원 반응을 행하여 메르캅토아세트산을 입자 표면에 갖는 은 콜로이드 입자를 용액 중에서 생성시켰다.

이렇게 하여 얻어진 콜로이드 용액을 질산(20wt%)을 사용하여 pH를 3.0로 조정하여, 은 콜로이드 입자를 침강시킨 후, 진공 여과기로 여별(濾別)하여, 여과액의 전기 전도도가 10.0μS/cm 이하가 될 때까지 수세하여, 은 콜로이드 입자의 습(濕)케이크를 얻었다.

이 은 콜로이드 입자의 습케이크를 농도가 55wt%가 되도록 물에 첨가하고, 교반하면서 암모니아수(26wt%)로 pH를 9.0로 조정하고 재분산하여 은 콜로이드액을 얻었다.

또, 도체 패턴 형성용 잉크의 각 구성 재료의 함유량을, 표 2에 나타냈다.

(비교예)

건조 억제제를 첨가하지 않은 이외는, 상기 실시예1과 동일하게 하여 도체 패턴 형성용 잉크를 제조했다.

[표 1]

[표 2]

[2] 세라믹스 그린 시트의 제작

우선, 이하와 같이 하여 세라믹스 그린 시트를 준비했다.

평균 입경이 1∼2㎛ 정도의 알루미나(Al₂O₃)와 산화티탄(TiO₂) 등으로 이루어지는 세라믹스 분말과, 평균 입경이 1∼2㎛ 정도의 붕규산 유리 등으로 이루어지는 유리 분말을 1:1의 중량비로 혼합하고, 바인더(결합제)로서 폴리비닐부티랄, 가소제로서 디부틸프탈레이트를 가하고, 혼합·교반함으로써 얻은 슬러리를, 닥터 블레이드로 PET 필름 위에 시트상으로 형성한 것을 세라믹스 그린 시트로 하여, 1변의 길이를 200mm로 하는 정방 형상으로 재단한 것을 사용했다.

[3] 토출 안정성 평가

각 실시예 및 비교예에서 얻어진 도체 패턴 형성용 잉크를 각각 도 4, 5에 나타내는 바와 같이 잉크젯 장치에 투입했다.

다음으로, 상기 도체 패턴 형성용 잉크를 탑재한 상기 잉크젯 장치를 사용하여 묘화를 행하여, 잉크가 안정적으로 토출되는 것을 확인했다. 다음으로, 잉크젯 장치를, 잉크젯 헤드를 묘화 위치로부터 벗어난 대기 상태로 실온 25℃, 상대 습도 50%, 클래스 100의 크린 룸 환경 하에 1주간 방치했다. 다음으로, 잉크젯 장치의 전원을 넣고, 상기와 같이 하여 얻어진 세라믹스 그린 시트 20매에 대하여 솔리드 패턴의 묘화를 행했다. 잉크의 토출이 불안정하게 된 경우는, 잉크젯 장치에 탑재되어 있는 소정의 클리닝 기능을 사용하여, 토출의 안정한 상태로 복귀시켰다. 이상의 조작을 행하여, 하기 평가 기준에 의해 토출 안정성을 평가했다.

A : 묘화 중에 노즐의 눈막힘이 발생하지 않아, 잉크가 안정적으로 토출됨(토출 안 정성 양호)

B : 묘화 중에 눈막힘이 발생하여, 잉크의 토출이 안정할 때까지 2회 이내의 클리닝 동작을 요함(실용상 문제없음)

C : 묘화 중에 눈막힘이 발생하고, 잉크의 토출이 안정할 때까지 3회 이상의 클리닝 동작을 요함(실용 가능)

D : 묘화 중에 눈막힘이 발생하고, 클리닝 동작에 의해서도 회복하지 않음(실용 불가)

이 결과를 표 3 및 표 4에 나타낸다.

[4] 배선 기판의 제작 및 평가

각 실시예 및 비교예에서 얻어진 도체 패턴 형성용 잉크를, 각각 도 4, 5에 나타내는 바와 같이 잉크젯 장치에 투입했다.

다음으로, 상기 세라믹스 그린 시트를 60℃로 승온 유지했다. 각 토출 노즐로부터 각각 1방울당 15ng의 액적을 순차 토출하여, 선폭이 50㎛, 두께 15㎛, 길이가 10.0cm의 라인(전구체)을 20개 묘화했다. 그리고, 이 라인이 형성된 세라믹스 그린 시트를 건조로에 넣고, 60℃에서 30분간 가열하여 건조했다.

상기와 같이 하여, 라인이 형성된 세라믹스 그린 시트를 제1 세라믹스 그린 시트로 했다. 이 제1 세라믹스 그린 시트를 각 잉크에 대하여, 20매씩 제작했다.

다음으로, 다른 세라믹스 그린 시트에 상기 라인의 양단에 대응하는 위치에 기계식 펀치 등에 의해 천공을 행함으로써 합계 40개소에 직경 100㎛의 스루홀을 형성하여, 얻어진 각 실시예 및 비교예의 도체 패턴 형성용 잉크를 충전함으로써 콘택트(비어)를 형성했다. 또한, 이 콘택트(비어) 위에 2mm각의 패턴을, 얻어진 각 실시예 및 비교예의 도체 패턴 형성용 잉크를 사용하여 상기 잉크젯 장치를 사용하여 단자부를 형성했다.

이 단자부가 형성된 세라믹스 그린 시트를 제2 세라믹스 그린 시트로 했다.

다음으로, 제2 세라믹스 그린 시트 하에 제1 세라믹스 그린 시트를 적층하고, 또한 무가공의 세라믹스 그린 시트를 보강층으로 하여 2매 적층하여, 그린 적층체를 얻었다. 이 그린 적층체를 각 잉크에 대하여, 제1 세라믹스 그린 시트 20매 각각에 제작하여, 각 잉크에 대하여 20블록씩 제작했다.

다음으로, 그린 적층체를, 95℃의 온도에 있어서, 250kg/cm²의 압력으로 30초간 프레스한 후, 대기 중에서, 승온 속도 66℃/시간으로 약 6시간, 승온 속도 10℃/시간으로 약 5시간, 승온 속도 85℃/시간으로 약 4시간이라는 연속적으로 승온하는 승온 과정을 거쳐, 최고 온도 890℃에서 30분간 유지한다는 소성 프로파일에 따라 소성했다.

냉각 후, 20개의 도체 패턴 위에 형성된 단자부 사이에 테스터를 대어, 도통의 유무를 확인하여, 하기 평가 기준에 의해 소결 안정성을 평가했다.

이 결과를, 표 3 및 표 4에 합하여 나타냈다. 또, 도통률이란, 도통된 합격품의 수를 총수로 나누어 얻어지는 수치를 나타낸다.

A : 20블록 모두에 있어서 도통률이 100%이었음

B : 20블록 중 도통률이 100%인 것을 포함하고, 이외는 95% 이상이었음(실용가)

C : 20블록 모두에 있어서 도통률이 100% 미만이었음(실용불가)

[표 3]

[표 4]

표 3, 표 4에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 도체 패턴 형성용 잉크에서는, 토출 안정성이 뛰어난 것이었다. 또한, 본 발명의 도체 패턴 형성용 잉크를 사용하여 형성된 도체 패턴 및 배선 기판은, 뛰어난 도통률을 나타내고, 신뢰성이 높은 것이었다. 이에 대하여, 비교예에서는, 만족한 결과가 얻을 수 없었다.

또한, 잉크 중에서의 은 콜로이드 입자의 함유량을 20wt%, 30wt%로 변경한 바, 상기와 동일한 결과가 얻어졌다.

도 1은 본 발명의 배선 기판(세라믹스 회로 기판)의 일례를 나타내는 종단면도.

도 2는 도 1에 나타내는 배선 기판(세라믹스 회로 기판)의 제조 방법의, 개략의 공정을 나타내는 설명도.

도 3은 도 1의 배선 기판(세라믹스 회로 기판)의 제조 공정 설명도.

도 4는 잉크젯 장치의 개략 구성을 나타내는 사시도.

도 5는 잉크젯 헤드의 개략 구성을 설명하기 위한 모식도.

[부호의 설명]

1…세라믹스 회로 기판(배선 기판), 2…세라믹스 기판, 3…적층 기판, 4, 5…회로(도체 패턴), 6…콘택트, 7…세라믹스 그린 시트, 10…도체 패턴 형성용 잉크(잉크), 11…전구체, 12…적층체, 44…모터, 46…테이블, 50…잉크젯 장치(액적 토출 장치), 52…베이스, 53…제어 장치, 54…제1 이동 수단, 62…리니어 모터, 64, 66, 68…모터, 70…잉크젯 헤드(액적 토출 헤드, 헤드), 70P…잉크 토출면, 90…헤드 본체, 91…노즐(돌출부), 92…피에조 소자, 93…잉크실, 94…진동판, 95…저장소, 99…구동 회로, S…기판

Claims

액적 토출법에 의해, 기재 위에 도체 패턴을 형성하기 위한 도체 패턴 형성용 잉크로서,

금속 입자를 수계 분산매에 분산하여 이루어지는 분산액 중에, 도체 패턴 형성용 잉크의 건조를 억제하는 건조 억제제와, 상기 도체 패턴을 형성할 때의 탈분산매시에 크랙이 발생하는 것을 방지하는 기능을 갖는 크랙 발생 방지제가 함유되며,

상기 크랙 발생 방지제는, 폴리글리세린 화합물로 구성되며, 그 고분자쇄가 상기 금속 입자끼리의 사이에 존재하고 있음을 특징으로 하는 도체 패턴 형성용 잉크.
제1항에 있어서,

상기 건조 억제제의 함유량은, 3∼25wt%인 도체 패턴 형성용 잉크.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 건조 억제제는, 다가 알코올로 구성되어 있는 도체 패턴 형성용 잉크.
제3항에 있어서,

상기 다가 알코올은, 당(糖)알코올을 포함하는 도체 패턴 형성용 잉크.
제4항에 있어서,

상기 다가 알코올은, 적어도 2종 이상의 당알코올을 포함하는 도체 패턴 형 성용 잉크.
제4항에 있어서,

상기 다가 알코올은, 글리세린, 에리트리톨, 자일리톨, 소르비톨, 만니톨, 갈락티톨, 이노시톨, 말티톨, 락티톨로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 당알코올을 포함하는 도체 패턴 형성용 잉크.
제4항에 있어서,

상기 건조 억제제 중에서의 상기 당알코올의 함유량은, 15∼70wt%인 도체 패턴 형성용 잉크.
제3항에 있어서,

상기 다가 알코올은, 1,3-프로판디올을 포함하는 도체 패턴 형성용 잉크.
제1항에 있어서,

상기 크랙 발생 방지제의 함유량은, 5∼25wt%인 도체 패턴 형성용 잉크.
제1항에 있어서,

상기 금속 입자는, 금속 콜로이드 입자이며,

상기 분산액은, 콜로이드액인 도체 패턴 형성용 잉크.
제10항에 있어서,

상기 금속 콜로이드 입자는, COOH기와 OH기를 합하여 3개 이상 갖고, 또한, COOH기의 수가 OH기의 수와 동수 또는 COOH기의 수가 OH기의 수보다도 많은 히드록시산 또는 그 염으로 이루어지는 분산제에 의해 분산된 것인 도체 패턴 형성용 잉크.
제10항에 있어서,

상기 금속 콜로이드 입자는, COOH기와 SH기를 합하여 2개 이상 갖는 메르캅토산 또는 그 염으로 이루어지는 분산제에 의해 분산된 것인 도체 패턴 형성용 잉크.
제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 콜로이드액은, pH가 6∼12로 조정된 것인 도체 패턴 형성용 잉크.
제1항에 기재된 도체 패턴 형성용 잉크에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 도체 패턴.
제14항에 기재된 도체 패턴이 구비되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 배선 기판.