KR20070097055A

KR20070097055A - 도전성 잉크

Info

Publication number: KR20070097055A
Application number: KR20077015677A
Authority: KR
Inventors: 요이치 카미코리야마; 스미카즈 오가타; 케이 아나이; 히로키 사와모토; 미키마사 호리우치; 타카시 무쿠노; 카츠히코 요시마루
Original assignee: 미쓰이 긴조꾸 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2004-12-27
Filing date: 2005-12-26
Publication date: 2007-10-02
Also published as: EP1847575A1; US20080134936A1; JP2006210301A; US8043535B2; EP1847575A4; JP4799881B2; WO2006070747A1; TW200636027A; TWI377237B

Abstract

도전성 잉크를 이용하여 형성한 회로 등과 기판의 밀착성이 뛰어나며, 또한 막밀도가 높고 전기 저항이 낮은 도체를 얻을 수 있는 도전성 잉크의 제공을 목적으로 한다. 이 목적을 달성하기 위해, 분산매(分散媒)에 금속분말 또는 금속 산화물 분말을 분산시킨 도전성 잉크로서, 상기 분산매 중에 당해 도전성 잉크를 이용하여 형성한 도체의 막밀도를 향상시키기 위한 막밀도 향상제로서의 금속염 또는 금속 산화물을 함유하는 것을 특징으로 하는 도전성 잉크를 채용한다. 그리고, 상기 분산매를 구성하는 주용매는, 상압에서의 비점이 300℃ 이하인 물, 알코올류, 글리콜류, 포화 탄화 수소류로 이루어지는 군으로부터 선택한 1종 또는 2종 이상을 조합한 것 등을 채용한다.

Description

도전성 잉크{CONDUCTIVE INK}

본건 발명은, 도전성 잉크 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 자세하게는, 예를 들면, 잉크젯 등으로 회로 형상 등을 묘화하고 고화시킴으로써 기판상에 회로를 형성할 수 있는 도전성 잉크에 관한 것이다.

종래, 각종 기판상에 회로 패턴을 형성하는 방법으로서, 특허 문헌 1이나 특허 문헌 2에 개시되어 있는 바와 같이 포토리소그래피나 에칭을 이용하는 방법이나 스크린 인쇄 방법이 있다. 이 종래 방법으로서, 동박 적층판의 동박을 에칭 가공하여 회로 패턴을 형성시키는 방법이나, 금속분말을 용제나 수지와 혼련하여 페이스트화한 도전성 페이스트를, 스크린 인쇄에 의해 배선이나 전극 패턴을 기판 표면에 직접 형성시키는 방법이 널리 보급되어 왔다.

그리고, 금속분말을 페이스트(이하, 단순히 "도전성 페이스트"라고 함) 또는 잉크(이하, 단순히 "도전성 잉크"라고 함)로 가공하여, 스크린 인쇄법 등의 기술을 전용함으로써 기판 표면에 회로 형성을 직접 행하는 것은, 동박 적층판의 동박을 에칭 가공하여 회로 형성을 행하는 에칭법에 비해, 공정수도 적고 생산 코스트를 현저하게 삭감할 수 있는 기술로서 널리 보급되어 왔다.

그런데, 최근의 전기 회로에는, 전자 기기 등의 소형화, 경량화의 요구에 부 응하여 보다 미세한 회로의 형성이 요구된다. 도전성 페이스트를 이용하여 기판에 회로를 직접 형성하는 경우의 최대의 문제는, 스크린 인쇄 등을 이용한 미세 회로의 형성이 곤란한 점에 있다. 그리고, 최근에는, 특허 문헌 3에 개시되어 있는 바와 같이, 도전성 잉크를 이용하여 미세 회로를 형성하는 기술로서, 프린터에 응용되어 온 잉크젯 기술을 응용한 회로 형성이 시도되고 있다.

그리고, 최근에는, 휴대 정보 기기나 TV로 대표되는 박형 디스플레이 내부의 도전성 회로 패턴이 해마다 고밀도화되고 있어, 배선폭이 40㎛ 이하인 영역이 검토되고 있을 뿐만 아니라, 플렉서블 수지 기판으로의 저온 소성에 의한 회로 패턴 형성 기술도 검토되고 있다. 일반적으로 이용되어 온 스크린 인쇄에 의한 회로 패턴 형성으로는, 단선이 없고 배선 형상이 뛰어난 선폭이 100㎛ 정도라고 되어 있지만, 이보다 미세한 영역, 특히 선폭이 40㎛ 이하로 되는 영역에서는, 실질적인 배선 형성이 곤란하다. 또한, 다종 다양한 기판에 저온 소성에 의해 회로 패턴을 형성시키는 기술로서는, 특허 문헌 4에 개시된 바와 같이 은나노 입자를 함유하는 은 잉크가 검토되고 있다.

한편, 금속분말을 다량의 유기용제와 수지류와 혼합한 도전성 잉크에 관해서는, 디스펜서 도포법이나, 특허 문헌 3에 개시된 바와 같이, 잉크젯 인쇄 기술을 이용한 극미세 회로 패턴 형성 원료로서 제안되고 있지만, 각종 기판에 대한 밀착 강도를 유기수지류에 의존하고 있기 때문에, 일반적으로 저저항인 배선이나 전극을 형성할 때에 이용되는 수소나 질소를 이용한 환원 소성의 공정에 있어서, 유기수지분의 분해에 의해 발생하는 가스에 의해 미소한 크랙이 발생하기 쉽고, 또한, 이에 따라 배선이나 전극의 벌크 밀도가 낮아져, 결과적으로 저저항인 회로를 형성하는 것이 곤란하였다.

또한, 도전성 잉크의 조성을 나타낸 것으로서는, 특허 문헌 5에, 물과, 개개의 미립 니켈분말의 분립 표면에 불용성 무기 산화물이 고착되어 있는 니켈 미분말과, 폴리아크릴산, 그 에스테르 또는 그 염과, 유기기 치환 수산화 암모늄을 함유하는 수성 니켈 슬러리(slurry) 및 이 수성 니켈 슬러리와 바인더를 함유하는 도전성 페이스트가 개시되어 있다. 이 수성 니켈 슬러리는, 고농도의 니켈 미분말이 재응집하지 않고 안정적으로 분산된 수성 니켈 슬러리이지만, 잉크젯 인쇄 기술을 이용하여 극미세 회로 패턴을 형성하는 경우, 인쇄에 적절한 표면 장력을 갖지 않기 때문에, 연속 인쇄에 의한 회로 형성을 행하려고 하면, 노즐에 잉크가 막히기 쉽고, 또한, 목적하는 인쇄 위치에 잉크가 착지하지 않는 현상이 발생하기 때문에, 공업적인 연속 인쇄에 의한 회로 형성을 행하는 것이 실질적으로 곤란하였다. 또한, 기판과의 밀착 강도를 부여하는 바인더가 함유되어 있지 않기 때문에, 가령 인쇄 공정의 고안에 의해 기판에 인쇄가 가능하였다고 해도, 기판과의 밀착 강도가 실질적으로 제로이기 때문에, 적층 세라믹 콘덴서의 내부 전극 제작으로 대표되는 고온 소성에 의해 금속분말을 소결시키도록 하는 용도 이외에서는, 실질적인 회로 형성이 곤란하였다.

특허 문헌 1: 일본 특허공개 평9-246688호 공보

특허 문헌 2: 일본 특허공개 평8-18190호 공보

특허 문헌 3: 일본 특허공개 2002-324966호 공보

특허 문헌 4: 일본 특허공개 2002-334618호 공보

특허 문헌 5: 일본 특허공개 2002-317201호 공보

〈발명이 해결하려고 하는 과제〉

그러나, 전술한 바와 같이, 디스펜서 도포법이나 잉크젯 인쇄 방법을 이용해 극미세 배선이나 전극을 기판에 인쇄하여, 고밀도인 회로 패턴을 형성하기 위한 도전성 잉크가 검토되고 있지만, 잉크젯법에서의 사용 그 자체가 불가능하고, 각종 기판과의 밀착 강도가 극히 낮다는 문제가 있다.

또한, 한편으로는, 각종 기판과의 밀착성은 확보할 수 있어도, 그 도전성 잉크를 이용하여 형성한 도체 회로의 막밀도가 낮고 도체 저항이 높아지기 때문에, 통전시의 발열이 크고 기판 수명이 짧아진다. 또한, 도체의 밀도가 낮다는 것은 도체 내에 공극이 많다는 것으로서, 다층 배선을 실현하기 위해 필요 불가결한 도체의 표면 평활성이 얻어지지 않는다. 이는, 도체 표면에 존재하는 공극이 도체 표면에서 보아 함몰되어 있기 때문이다. 게다가, 습도가 높은 환경에서 사용된 경우, 도체의 막밀도가 낮기 때문에 대기중에 존재하는 물이나 산소가 도체 내를 확산하기 쉬워, 도체를 형성한 금속분말이 산화되거나 마이그레이션(migration) 현상에 의해 금속 이온의 확산이나 입자 성장이 일어나, 회로 쇼트를 일으킬 가능성이 있다.

따라서, 디스펜서 도포법이나 잉크젯법에서 사용하는 도전성 잉크는, 잉크가 토출되는 노즐의 눈막힘을 방지할 필요가 있고, 이를 위해서는 도전성 잉크에 함유되는 금속분말 입자의 입경을 미립으로 할 것이 요구된다. 그리고 동시에, 도체의 막밀도를 높이기 위해 도전성 잉크를 구성하는 분산매(分散媒)의 성질도 중요해져, 이들의 품질이 중첩되어야만 비로소 양호한 품질의 도전성 잉크가 되어, 각종 기판과의 밀착성과 형성한 도체 회로의 양호한 막밀도를 달성할 수 있다고 생각된다.

이상으로부터, 본건 발명은, 도전성 잉크를 이용하여 형성한 회로 등과 기판의 밀착성을 향상시키며, 또한, 형성한 도체 회로의 막밀도가 높고 전기적으로 낮은 저항을 얻을 수 있는 도전성 잉크의 제공을 목적으로 한다. 그리고, 이 도전성 잉크에 함유시키는 금속분말로서 미립이면서 분산성이 뛰어난 것을 이용함으로써, 잉크젯 장치 및 디스펜서 장치를 이용하여 극미세 배선이나 전극을 기판상에 인쇄하고, 회로 형성을 행할 수 있는 도전성 잉크 조성의 제공을 목적으로 한다.

〈과제를 해결하기 위한 수단〉

따라서, 상기 목적을 달성하기 위해, 본건 발명자들이 예의 검토를 행한 결과, 이하의 구성의 도전성 잉크로 함으로써, 당해 도전성 잉크를 이용하면, 형성한 도체 회로의 막밀도가 높고 전기적으로 낮은 도체 저항을 구비하는 회로가 얻어진다는 것에 도달하였다.

본건 발명에 따른 도전성 잉크는, 분산매에 금속분말 또는 금속 산화물 분말을 분산시킨 도전성 잉크로서, 상기 분산매 중에 당해 도전성 잉크를 이용하여 형성한 도체의 막밀도를 향상시키기 위한 막밀도 향상제로서의 금속염 또는 금속 산화물을 함유하는 것을 특징으로 하는 기본적 구성을 채용한다.

그리고, 상기 분산매를 구성하는 주용매는, 상압에서의 비점이 300℃ 이하인 물, 알코올류, 글리콜류, 포화 탄화 수소류로 이루어지는 군으로부터 선택한 1종 또는 2종 이상을 조합한 것을 이용하는 것이 바람직하다.

그리고, 본건 발명에 따른 도전성 잉크에 있어서, 상기 막밀도 향상제는 Ti, V, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Ag, In, Sn, Ta, W를 함유하는 금속염 또는 금속 산화물군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 이용하는 것이 바람직하다.

그리고, 본건 발명에 따른 도전성 잉크를 구성하는 상기 분산매는, 분산조제를 함유하는 것이 바람직하다.

그 분산조제는, (a) 폴리아크릴산, 그 에스테르 또는 그 염, (b) 유기기 치환 수산화 암모늄 및 (c) 히드록실기 함유 아민 화합물의 (a)∼(c)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 혼합한 것을 이용하는 것이 바람직하다.

또한, 본건 발명에 따른 도전성 잉크는, 상기 분산매에 표면 장력 조정제를 이용하여 표면 장력을 15mN/m 내지 50mN/m의 범위로 조정하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 표면 장력 조정제는, 상압에서의 비점이 100℃ 내지 300℃인 알코올, 글리콜로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 조합한 것이 바람직하다.

또한, 본건 발명에 따른 도전성 잉크를 구성하는 상기 분산매는, 밀착성 향상제로서 실란 커플링제, 티타늄 커플링제, 지르코니아 커플링제, 알루미늄 커플링제로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것이 바람직하다.

또한, 본건 발명에 따른 도전성 잉크에 있어서, 상기 금속분말 또는 금속 산화물 분말은 니켈분말, 은분말, 금분말, 백금분말, 동분말, 팔라듐분말, 인듐-주석 산화물로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합 분말인 것을 이용하는 것이 바람직하다.

그리고, 본건 발명에 따른 도전성 잉크에 있어서, 상기 금속분말 또는 금속 산화물 분말 중 니켈분말은, 평균 일차 입경이 100㎚ 이하인 것을 이용하는 것이 바람직하다.

또한, 본건 발명에 따른 도전성 잉크에 있어서, 상기 니켈분말은 니켈 입자의 평균 일차 입경이 10㎚ 내지 70㎚인 것을 이용하는 것이 바람직하다.

이상 기술한 본건 발명에 따른 도전성 잉크는, 25℃에서의 점도가 60cP 이하인 것으로서 이용하는 것이 바람직하다.

〈발명의 효과〉

본건 발명에 따른 도전성 잉크는, 디스펜서 도포 방식이나 잉크젯 인쇄 방식을 채용하여 정확하고 미세한 배선이나 전극을 형성하는데 적합한 것이다. 그리고, 본건 발명에 따른 도전성 잉크는, 유리 기판, 이종 원소로 형성한 회로 등에 대한 밀착성이 뛰어나다. 따라서, 이 도전성 잉크는, TFT 패널에 사용하는 유리 기판, ITO 투명 전극 표면, 은 전극 표면, 동 전극 표면에 배선, 전극, 보호 전극이나 보호 피막을 형성하는 것이 가능해진다.

그리고, 본건 발명에 따른 도전성 잉크는, 전술한 밀착성뿐만 아니라 형성한 도체 회로의 밀도를 높게 함으로서 전기 저항을 낮추어, 이종 금속의 접합이 가능한 레벨의 도체 표면의 평활성을 확보할 수 있는 배선 형성을 가능하게 하는 점에 큰 특징이 있다.

도 1은 본건 발명에 따른 도전성 잉크(니켈 잉크)에 이용하는 니켈 슬러리에 함유되는 미립 니켈분말의 주사형 전계 방사형 전자현미경상.

도 2는 본건 발명에 따른 도전성 잉크(니켈 잉크)에 이용하는 니켈 슬러리에 함유되는 미립 니켈분말의 투과형 전자현미경상.

도 3은 전극막 단면의 주사형 전자현미경 관찰상(제1 실시예).

도 4는 전극막 단면의 주사형 전자현미경 관찰상(제2 실시예).

도 5는 전극막 단면의 주사형 전자현미경 관찰상(제3 실시예).

도 6은 전극막 표면의 주사형 전자현미경 관찰상(제4 실시예).

도 7은 전극막 단면의 주사형 전자현미경 관찰상(비교예).

도 8은 전극막 표면의 주사형 전자현미경 관찰상(비교예).

〈본건 발명에 따른 도전성 잉크〉

전술한 바와 같이 본건 발명에 따른 도전성 잉크는, 분산매에 금속분말 또는 금속 산화물 분말을 분산시킨 도전성 잉크로서, 상기 분산매 중에 막밀도 향상제로서의 금속염 또는 금속 산화물군을 함유하는 것을 특징으로 하는 기본적 구성을 채용한다. 이 막밀도 향상제란, 당해 도전성 잉크를 이용하여 형성한 도체의 막밀도를 향상시켜 통전시의 저항을 감소시키기 위한 것이다.

주용매: 본건 발명에 따른 도전성 잉크에서의 분산매의 주용매로서는, 물, 유기용매 등을 폭넓게 이용하는 것이 가능하고, 적어도 하기하는 막밀도 향상제, 밀착성 향상제 등과 상용성(相溶性)이 있는 것으로서, 소정의 점도로 조제할 수 있는 것이라면, 특별히 한정은 필요하지 않다. 따라서, 한정한다고 하면, 상압에서의 비점이 300℃ 이하인 물, 알코올류, 포화 탄화 수소류로 이루어지는 군으로부터 1종 또는 2종 이상을 조합한 것이다.

여기에서, "상압에서의 비점이 300℃ 이하"라고 한정한 것은, 비점이 300℃를 넘는 온도 영역에서는, 환원 소성 공정에서 전극을 형성시킬 때, 고온에서 용매가 가스화하고, 이 가스가 전극 내에 미소한 크랙이나 공극을 발생시키기 때문에, 치밀한 전극을 형성할 수 없을 뿐만 아니라, 결과적으로 전극막을 치밀화할 수 없으므로, 각종 기재와의 높은 밀착 강도를 발휘할 수 없을 뿐만 아니라 전극막의 전기 저항도 상승하기 때문이다.

주용매로서 물을 이용하는 경우에는, 이온 교환수, 증류수 등의 레벨의 순도를 갖는 것으로서, 수도물 등의 순도의 물은 포함하지 않는다.

주용매로서 알코올류를 이용하려면, 1-프로판올, 1-부탄올, 1-펜탄올, 1-헥산올, 시클로헥산올, 1-헵탄올, 1-옥탄올, 1-노난올, 1-데칸올, 글리시돌, 벤질 알코올, 메틸 시클로헥산올, 2-메틸-1-부탄올, 3-메틸-2-부탄올, 4-메틸-2-펜탄올, 이소프로필 알코올, 2-에틸부탄올, 2-에틸헥산올, 2-옥탄올, 테르피네올, 디히드로테르피네올, 2-메톡시에탄올, 2-에톡시에탄올, 2-n-부톡시에탄올, 2-페녹시에탄올, 칼비톨, 에틸칼비톨, n-부틸칼비톨, 디아세톤알콜로부터 선택된 1종 또는 2종 이상 을 조합하여 이용하는 것이 바람직하다. 그 중에서도, 상압에서의 비점이 80℃ 이상이고 실온의 상압하에서 기화되기 어려운 것이 좋고, 1-부탄올, 1-옥탄올, 테르피네올, 디히드로테르피네올, 2-메톡시에탄올, 2-에톡시에탄올, 2-n-부톡시에탄올, 디아세톤알콜을 이용하는 것이 보다 바람직하다.

주용매로서 글리콜류를 이용하려면, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 테트라에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 트리메틸렌글리콜, 디프로필렌글리콜, 트리프로필렌글리콜, 1, 2-부틸렌글리콜, 1, 3-부틸렌글리콜, 1, 4-부틸렌글리콜, 펜타메틸렌글리콜, 헥실렌글리콜로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 조합하여 이용하는 것이 바람직하다. 그 중에서, 상온에서의 점도가 100cP 이하인 것이 좋고, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 1, 4-부틸렌글리콜, 디프로필렌글리콜을 이용하는 것이 바람직하다. 점도가 너무 높은 경우, 잉크젯에 적합한 점도 조정이 곤란해지기 때문이다.

주용매로서 포화 탄화 수소류를 이용하려면, 헵탄, 옥탄, 노난, 데칸, 운데칸, 도데칸, 트리데칸, 테트라데칸, 펜타데칸, 헥사데칸으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 조합하여 이용하는 것이 바람직하다. 그 중에서도, 데칸, 운데칸, 도데칸, 트리데칸, 테트라데칸을 이용하는 것이 보다 바람직하다. 상압에서의 비점이 300℃ 이하이고, 증기압이 낮아 실온에서 기화되기 어렵기 때문에 취급이 용이하기 때문이다.

막밀도 향상제: 그리고, 본건 발명에 따른 도전성 잉크에 있어서, 상기 막밀도 향상제는, Ti, V, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Ag, In, Sn, Ta, W를 포함하는 금속염군 또는 금속 산화물군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 이용하는 것이 바람직하다.

보다 구체적으로 말하면, Ti로서는 염화 티타늄, 황산 티타늄 테트라키스(디에틸 아미노) 티타늄, 헥사플루오로 티탄산 암모늄, 수산화 티타늄, 크레실산 티타늄, 이산화 티타늄 등을 이용하는 것이 바람직하다. V로서는 아세틸 아세토네이트 바나듐, 산화 바나듐 아세틸 아세토네이트 등을 이용하는 것이 바람직하다. Ni로서는 산화 니켈, 수산화 니켈, 초산 니켈, 질산 니켈, 구연산 니켈, 올레인산 니켈, 2-에틸 헥산산 니켈, 나프텐산 니켈 등을 이용하는 것이 바람직하다. Cu로서는 구연산동, 올레인산동, 초산동, 질산동, 글루콘산동, 나프텐산동, 에틸아세토 초산동, 동아세틸 아세토네이트, 산화동, 아산화동, 수산화동 등을 이용하는 것이 바람직하다. Zn으로서는 구연산 아연, 아세틸 아세토네이트 아연, 산화 아연 등을 이용하는 것이 바람직하다. Y로서는 초산 이트륨, 옥살산 이트륨 등을 이용하는 것이 바람직하다. Zr로서는 질산 지르코늄, 아세틸 아세토네이트 지르코늄, 산화 지르코늄 등을 이용하는 것이 바람직하다. Nb로서는 산화 니오븀을 이용하는 것이 바람직하다. Mo로서는 티오몰리브덴산 암모늄, 몰리브덴산, 12-몰리브도규산, 몰리브덴산 암모늄 등을 이용하는 것이 바람직하다. Ag로서는 탄산은, 초산은, 질산은, 염소산은, 과염소산은, 산화은 등을 이용하는 것이 바람직하다. In으로서는 질산 인듐, 염화 인듐, 수산화 인듐, 2-에틸 헥산산 인듐, 트리스(아세틸아세토네이트) 인듐(Ⅲ) 등을 이용하는 것이 바람직하다. Sn으로서는 염화 주석, 주석-i-프로폭시드, 주석-t-부톡시드 등을 이용하는 것이 바람직하다. Ta로서는 산화 탄탈륨을 이용하 는 것이 바람직하다. W로서는, 텅스텐산, 텅스텐산 암모늄, 텅스토규산, 12텅스토규산26물, 산화 텅스텐, 텅스텐산동, 텅스텐산 세륨 등을 이용하는 것이 바람직하다. 특히 도전성 잉크 중의 금속분말과 동일한 금속염 또는 그 산화물을 1종류 이상 이용하는 것이, 도체 밀도를 높게 하므로 보다 바람직하다.

이들 금속염 또는 금속 산화물은, 환원 소성 공정을 거쳐 도체를 형성할 때 그 자신이 금속이 될 수 있는 물질이기 때문에, 도전성 잉크 중의 금속분말 또는 산화물 분말의 분립끼리를 강고하게 결속시키는 바인더로서 기능한다. 이들 금속염 또는 산화물을 사용하지 않는 도전성 잉크의 경우, 바인더 물질에 다량의 유기물을 사용하고 있지만, 환원 소성 공정시에 유기물이 분해되어 가스화되기 때문에, 목적하는 도전성 잉크 중의 분립끼리를 결속시킬 수 없을 뿐만 아니라, 발생하는 가스에 의해 도체 중에 다량의 미소 크랙을 발생시켜 도체의 전기 저항을 상승시키고, 또한 도체 중의 공극이 많기 때문에 밀도가 낮고 표면의 평활성을 얻을 수 없다.

분산조제: 그리고, 본건 발명에 따른 도전성 잉크를 구성하는 상기 분산매는, 분산조제를 함유하는 것이 바람직하다. 이 분산조제는, 분산매 중에서의 금속분말의 재응집을 방지하여, 도전성 잉크로서의 품질을 장기간에 걸쳐 유지하기 위한 것이다.

이 분산조제로서는, (a) 폴리아크릴산, 그 에스테르 또는 그 염, (b) 유기기 치환 수산화 암모늄 및 (c) 히드록실기 함유 아민 화합물의 (a) 내지 (c) 중 어느 하나의 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 조합한 것을 첨가하는 것이 바람직하다.

또한, 본건 발명에 따른 도전성 잉크의 경우, 특히 니켈 잉크의 경우, 필요에 따라 분산조제를 첨가하는 것도 바람직하다. 이 분산조제로서는, (a) 폴리아크릴산, 그 에스테르 또는 그 염, (b) 유기기 치환 수산화 암모늄 및 (c) 히드록실기 함유 아민 화합물의 (a) 내지 (c) 중 어느 하나의 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 조합한 것을 첨가하는 것이 바람직하다.

본건 발명에서 이용되는 (a) 폴리아크릴산, 그 에스테르 또는 그 염으로서는, 예를 들면, 폴리아크릴산, 폴리아크릴산 메틸, 폴리아크릴산 나트륨, 폴리아크릴산 암모늄 등을 들 수 있으며, 이들 중 폴리아크릴산 암모늄이 금속 입자 표면에 배위하기 쉽고, 또한 동시에, 배위한 폴리아크릴산 암모늄이 용매 중에서의 금속 입자의 응집을, 전기적 반발과 입체적 저해 효과에 의해 억제하기 때문에 바람직하다. 본건 발명에 있어서 (a)는 상기의 것을 1종 단독으로 또는 2종 이상 조합하여 이용할 수 있다.

본건 발명에서 이용되는 (b) 유기기 치환 수산화 암모늄으로서는, 예를 들면, 테트라메틸암모늄 히드록시드, 테트라에틸암모늄 히드록시드, 테트라부틸암모늄 히드록시드 등의 알킬기 치환 수산화 암모늄, 트리메틸페닐암모늄 히드록시드, 벤질트리메틸암모늄 히드록시드 등의 알킬기 치환 아릴기 치환 수산화 암모늄 등을 들 수 있고, 이들 중 알킬기 치환 수산화 암모늄이 금속 입자에 배위하기 쉽고, 또한, 전기적 반발력이 높기 때문에 바람직하다. 본건 발명에 있어서 (b)는 상기의 것을 1종 단독으로 또는 2종 이상 조합하여 이용할 수 있다.

본건 발명에서 이용되는 (c) 히드록실기 함유 아민 화합물로서는, 예를 들 면, 알칸올 아민을 들 수 있고, 이들 중 디메탄올 아민, 디에탄올 아민, 디프로판올 아민 등의 디알칸올 아민이 금속 입자와의 젖음성이 좋기 때문에 바람직하며, 또한 디에탄올 아민이 금속 입자의 경시(經時)적인 응집을 가장 억제하기 쉽기 때문에 더욱 바람직하다. 본건 발명에 있어서 (c)는 상기의 것을 1종 단독으로 또는 2종 이상 조합하여 이용할 수 있다.

본건 발명에서는, 도전성 니켈 잉크 중에 상기 분산조제를 첨가함으로써, 잉크 내에서의 니켈분말의 분립이 경시적으로 응집하는 것을 방지한다. 본건 발명에서 이용되는 분산조제는, 상기 (a) 내지 (c) 중 적어도 1종이면 되지만, 이들 중 (a) 및 (c)를 병용하면, 니켈분말을 보다 안정적으로 분산시킬 수 있기 때문에 바람직하다.

본건 발명에 따른 도전성 잉크는, "폴리아크릴산, 그 에스테르 또는 그 염"이 존재하는 경우에는, "폴리아크릴산, 그 에스테르 또는 그 염"의 양이 금속분말의 중량 100 중량부에 대해, 통상적으로 0.05 중량부 내지 5 중량부, 바람직하게는 0.1 중량부 내지 2 중량부이면, 기판에 대한 잉크의 밀착성을 저해하지 않고, 잉크 수명이 가장 길어지기 때문에 바람직하다.

본건 발명에 따른 도전성 잉크는, "유기기 치환 수산화 암모늄"이 존재하는 경우에는, "유기기 치환 수산화 암모늄"의 양이 금속분말의 중량 100 중량부에 대해, 통상적으로 0.01 중량부 내지 5 중량부, 바람직하게는 0.05 중량부 내지 1 중량부이면, 기판에 대한 잉크의 밀착성을 저해하지 않고, 잉크 수명이 가장 길어지기 때문에 바람직하다.

본건 발명에 따른 도전성 잉크는, "히드록실기 함유 아민 화합물"이 존재하는 경우에는, "히드록실기 함유 아민 화합물"의 양이 니켈의 중량 100 중량부에 대해, 통상적으로 0.5 내지 30 중량부, 바람직하게는 5 내지 20 중량부이면, 기판에 대한 잉크의 밀착성을 저해하지 않고, 잉크 수명이 가장 길어지기 때문에 바람직하다.

본건 발명에 따른 도전성 잉크에 있어서 분산제를 조합하여 이용하는 경우, "폴리아크릴산, 그 에스테르 또는 그 염" 및 "유기기 치환 수산화 암모늄"이 존재하는 경우에는, "유기기 치환 수산화 암모늄"의 양이 "폴리아크릴산, 그 에스테르 또는 그 염"의 중량 100 중량부에 대해, 통상적으로 1 중량부 내지 30 중량부, 바람직하게는 5 중량부 내지 20 중량부이면, 기판에 대한 잉크의 밀착성을 저해하지 않고, 잉크 수명이 가장 길어지기 때문에 바람직하다.

도전성 잉크의 표면 장력: 이하에 기술하는 본건 발명에 따른 도전성 잉크는, 표면 장력이 15mN/m 내지 50mN/m가 되어, 잉크젯법, 디스펜서법으로의 회로 형성 등이 용이해진다. 따라서, 상기 표면 장력 조정제의 첨가량은, 도전성 잉크의 표면 장력이 통상적으로 15mN/m 내지 50mN/m, 바람직하게는 20mN/m 내지 40mN/m가 되도록 각종 약제 등을 첨가한다. 도전성 잉크의 표면 장력이 상기 범위를 일탈하면, 특히 잉크젯 노즐로부터의 도전성 잉크의 토출이 불가능해지거나, 설령 노즐로부터 토출할 수 있었다고 해도, 목적하는 인쇄 위치로부터 벗어나거나 연속적인 인쇄가 불가능하게 되는 등의 현상이 발생한다. 따라서, 본건 발명에서는 도전성 잉크의 표면 장력을, 잉크젯법의 사용에 적합한 상기 범위 내로 조정함으로써, 잉크 젯 장치를 이용한 미세 회로 배선 등의 형성을 가능하게 한다.

표면 장력 조정제: 그리고, 상기 표면 장력 조정제는, 그 표면 장력이 40mN/m 이하인 첨가제를 이용한다. 이와 같은 표면 장력을 구비하는 표면 장력 조정제를 이용하는 것이 잉크젯 장치에서의 사용에 적합한 잉크의 표면 장력 조정이 가장 용이하여, 잉크젯 장치의 설계에 합치시킨 점도 조정이 간단하게 가능하고 또한 용이하기 때문에, 미세한 배선 회로의 형성이 가능해지는 것이다. 여기에서 말하는, 표면 장력 조정제로는, 용매로서도 사용 가능한 알코올류, 글리콜류이고 표면 장력이 40mN/m 이하이며, 25℃에서의 점도가 100cP 이하로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 조합한 것을 이용하는 것이 바람직하다.

당해 표면 장력 조정제 가운데, 표면 장력이 40mN/m 이하이고, 25℃에서의 점도가 100cP 이하인 알코올 등으로서는, 예를 들면, 1-부탄올, 1-펜탄올, 4-메틸-2-펜탄올, 2-에톡시에탄올, 2-n-부톡시에탄올, n-부틸칼비톨 등을 들 수 있다. 본건 발명에서는, 상기 표면 장력 조정제 가운데, 2-n-부톡시에탄올이나 1-부탄올을 이용하는 것이, 도전성 잉크로서의 장기간의 품질 안정성을 유지한다는 관점에서 바람직하다.

본건 발명에 따른 도전성 잉크에 있어서, 배합되는 표면 장력 조정제의 양은 도전성 잉크의 표면 장력을 적절하게 조정하는 양으로 하면 되고, 특별히 한정되는 것은 아니다. 그러나, 일반적으로는 도전성 잉크 중, 통상적으로 1 중량% 내지 50 중량%, 바람직하게는 3 중량% 내지 30 중량%이다. 표면 장력 조정제의 양이 1 중량% 미만인 경우에는 표면 장력을 조정할 수 없다. 또한, 표면 장력 조정제의 양을 50 중량% 이상 첨가하면, 표면 장력 조정제를 첨가하는 전후에서 도전성 잉크 중에 함유되는 미립 금속분말의 분산 형태가 크게 변화하여, 결과적으로 미립 금속분말이 응집을 시작하여 도전성 잉크에서 가장 중요한 미립 금속분말의 균일 분산이 저해되기 때문에, 도전성 잉크로서 사용할 수 없게 된다.

밀착성 향상제: 본건 발명에 따른 도전성 잉크를 구성하는 상기 분산매는, 밀착성 향상제로서 실란 커플링제, 티타늄 커플링제, 지르코니아 커플링제, 알루미늄 커플링제로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것이 바람직하다.

여기에서 말하는 밀착성 향상제란, 상기 군으로부터 선택한 1종의 성분을 이용하는 경우뿐만 아니라, 2종 이상을 조합하여 이용하는 것이 가능하다. 즉, 복수 종의 성분을 함유시킴으로써, 회로 등을 형성하는 기판 성질에 맞추어 밀착성의 제어가 가능해진다.

여기에서 말하는 실란 커플링제란, 비닐 트리클로르실란, 비닐 트리메톡시실란, 비닐 트리에톡시실란, 2-(3, 4 에폭시 시클로헥실)에틸 트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필 트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필 메틸디에톡시실란, 3-글리시독시프로필 트리에톡시실란, p-스티릴 트리메톡시실란, 3-메타크릴록시프로필 메틸디메톡시실란, 3-메타크릴록시프로필 트리메톡시실란, 3-메타크릴록시프로필 메틸 디에톡시실란, 3-메타크릴록시프로필 트리에톡시실란, 3-아크릴록시프로필 트리메톡시실란, N-2(아미노에틸)3-아미노프로필 메틸디메톡시실란, N-2(아미노에틸)3-아미노프로필 트리메톡시실란, N-2(아미노에틸)3-아미노프로필 트리에톡시실란, 3-아미노프로필 트리메톡시실란, 3-아미노트리에톡시실란, 3-트리에톡시시릴-N-(1, 3-디메틸-부틸리덴)프로필아민, N-페닐-3-아미노프로필 트리메톡시실란, N-(비닐벤질)-2-아미노에틸-3-아미노프로필 트리메톡시실란 염산염, 3-우레이드프로필 트리에톡시실란, 3-클로로프로필 트리메톡시실란, 3-메르캅토프로필 메틸디메톡시실란, 3-메르캅토프로필 트리메톡시실란, 비스(트리에톡시시릴프로필)테트라술파이드, 3-이소시아네이트프로필 트리에톡시실란, 테트라메톡시실란, 테트라에톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 디메틸트리에톡시실란, 페닐트리에톡시실란, 헥사메틸디실라잔, 헥실트리메톡시실란, 데실트리메톡시실란 중 어느 하나를 이용하는 것이 바람직하다. 그 중에서도, 기판에의 밀착성 안정화를 도모하는 관점에서, 안정된 성능을 발휘하는 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 디메틸트리에톡시실란 등을 이용하는 것이 바람직하다.

여기에서 말하는 티타늄 커플링제란, 테트라이소프로필 티타네이트, 테트라노말부틸 티타네이트, 부틸 티타네이트 다이머, 테트라(2-에틸헥실)티타네이트, 테트라메틸 티타네이트, 티타늄아세틸 아세토네이트, 티타늄테트라아세틸 아세토네이트, 티타늄에틸 아세토아세테이트, 티타늄옥탄 디올레이트, 티타늄 락테이트, 티타늄트리에탄올 아미네이트, 폴리히드록시 티타늄 스테아레이트 중 어느 하나를 이용하는 것이 바람직하다. 그 중에서도, 기판에의 밀착성 안정화를 도모하는 관점에 서, 안정된 성능을 발휘하는 테트라이소프로필 티타네이트, 테트라노말부틸 티타네이트, 티타늄 락테이트 등을 이용하는 것이 바람직하다.

여기에서 말하는 지르코늄 커플링제란, 지르코늄 노말프로필레이트, 지르코늄 노말부틸레이트, 지르코늄 테트라아세틸 아세토네이트, 지르코늄 모노아세틸 아세토네이트, 지르코늄 비스아세틸 아세토네이트, 지르코늄 모노에틸 아세토아세테이트, 지르코늄 아세틸 아세토네이트 비스에틸 아세토아세테이트, 지르코늄 아세테이트, 지르코늄 모노스테아레이트 중 어느 하나를 이용하는 것이 바람직하다. 그 중에서도, 기판에의 밀착성 안정화를 도모하는 관점에서, 안정된 성능을 발휘하는 지르코늄 노말프로필레이트, 지르코늄 노말부틸레이트, 지르코늄 테트라아세틸 아세토네이트, 지르코늄 모노아세틸 아세토네이트, 지르코늄 비스아세틸 아세토네이트, 지르코늄 모노에틸 아세토아세테이트, 지르코늄 아세틸 아세토네이트 비스에틸 아세토아세테이트, 지르코늄 아세테이트를 이용하는 것이 바람직하다.

여기에서 말하는 알루미늄 커플링제란, 알루미늄 이소프로필레이트, 모노 sec-부톡시알루미늄 디이소프로필레이트, 알루미늄 sec-부틸레이트, 알루미늄 에틸레이트, 에틸 아세토아세테이트 알루미늄 디이소프로필레이트, 알루미늄 트리스(에틸 아세토아세테이트), 알킬 아세토아세테이트 알루미늄 디이소프로필레이트, 알루미늄 모노아세틸 아세토네이트 비스(에틸 아세토아세테이트), 알루미늄 트리스(아세틸 아세토네이트), 알루미늄 모노이소프로폭시 모노올레옥시 에틸 아세토아세테이트, 환상 알루미늄옥사이드 이소프로필레이트, 환상 알루미늄옥사이드 옥틸레이트, 환상 알루미늄옥사이드 스테아레이트 중 어느 하나를 이용하는 것이 바람직하 다. 그 중에서도, 기판에의 밀착성 안정화를 도모하는 관점에서, 안정된 성능을 발휘하는 에틸 아세토아세테이트 알루미늄 디이소프로필레이트, 알루미늄 트리스(에틸 아세토아세테이트), 알킬 아세토아세테이트 알루미늄 디이소프로필레이트, 알루미늄 모노아세틸 아세토네이트 비스(에틸 아세토아세테이트), 알루미늄 트리스(아세틸 아세토네이트)를 이용하는 것이 바람직하다.

금속분말 또는 금속 산화물 분말: 그리고, 여기에서 말하는 금속분말 또는 금속 산화물 분말은, 니켈분말, 은분말, 금분말, 백금분말, 동분말, 팔라듐분말, 인듐-주석 산화물로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합 분말이다. 그리고, 이 금속분말 또는 금속 산화물 분말의 일차 입경, 입도 분포 등에 관해서는, 특별한 한정은 없다. 왜냐하면, 분체 특성이 동일한 한, 상기 분산매 조성을 이용함으로써, 종래의 도전성 잉크와 비교해 높은 기판 밀착성과, 형성한 도체막은 뛰어난 막밀도를 나타내며, 도체 저항이 작아지기 때문이다.

그러나, 잉크젯 방식으로 사용하는 것을 고려하면, 평균 일차 입경이 500㎚ 이하인 것이 바람직하다. 평균 일차 입경이 500㎚를 넘으면, 극단적으로 잉크젯 노즐에 도전성 잉크가 막히기 쉬워져 연속 인쇄가 곤란해진다. 설령, 인쇄가 가능하였다고 해도, 형성되는 배선이나 전극의 막두께가 너무 두꺼워지기 때문에, 목적하는 미세 배선이 되지 않는다.

또한, 형성할 회로의 정밀화 레벨에 따라 적정한 일차 입경을 갖는 미립 금속분말 또는 금속 산화물 분말을 적절하게 선택 사용하면 된다. 그러나, 미립분말이라고 하는 개념으로부터, 통상적으로 3㎚ 내지 500㎚, 바람직하게는 5㎚ 내지 200㎚, 한층 더 바람직하게는 10㎚ 내지 150㎚ 범위의 선택적 사용이 바람직하다. 미립 분립의 평균 일차 입경이 3㎚ 미만인 경우는, 현단계에서는 그 제조법이 확립되어 있지 않아, 실험에 의해 검증할 수 없다. 한편, 평균 일차 입경이 500㎚를 넘으면, 목적하는 폭 40㎛ 이하의 배선이나 전극을 형성하는 것이 곤란하고, 또한, 형성한 배선이나 전극의 막두께가 너무 두꺼워지기 때문에 부적당하게 된다. 경향적으로, 미립 분말의 분립의 평균 일차 입경이 미세할수록 잉크젯 노즐의 눈막힘을 일으킬 가능성이 낮아 미세 회로의 형성에 적절해진다. 본건 발명에 있어서 평균 일차 입경이란, 주사형 전자 현미경으로 관찰했을 때의 1시야 중에 포함된 최저 200개의 분립의 입경을 관찰하여, 이들을 적산하여 평균함으로써 구해지는 입경을 의미한다.

미립 분말의 평균 일차 입경이 작다는 것은, 미세한 분립이라는 근거가 되지만, 미립이라도 도전성 잉크 중의 분립끼리의 응집이 진행되어 2차 구조체로서의 입경이 커지면, 역시 잉크젯 노즐의 눈막힘을 일으키기 쉬워진다. 따라서, 도전성 잉크 중의 미립 금속분말의 2차 구조체로서의 응집립은, 잉크젯 노즐의 눈막힘을 일으키지 않는 크기 이하로 할 필요가 있으며, 이는 실험적으로 확인된 것으로서, 응집립의 최대 입자경을 0.8㎛ 이하로 하면 거의 확실하게 잉크젯 노즐의 눈막힘을 방지할 수 있다. 또한, 이 응집립의 확인 방법으로서는 레이저식 입도 분포 측정 장치를 이용하고 있다.

그리고, 분립의 형태에 관해서는, 특별히 한정은 없고, 분립 형상이 구상, 플레이크 형상, 표면 코팅층을 구비하는 분립의 모든 개념을 포함하는 것으로서 기 재하고 있다. 그러나, 본건 발명에 따른 도전성 잉크는, 주로 전자 재료의 회로 형성에 사용하는 것을 전제로 하고 있다. 따라서, 전자 재료 용도에 다용되는 니켈분말, 은분말, 금분말, 백금분말, 동분말, 팔라듐분말, 인듐-주석 산화물로부터 선택되며, 그 금속분말의 일차 입자경은 500㎚ 이하인 것을 상정하고 있다. 또한, 도전성 잉크로서의 경시적 변화, 소결 특성 등을 고려하면, 올레인산이나 스테아린산 등으로 표면 처리한 금속분말이나, 분립 표면에 소정의 산화물을 부착시킨 것 같은 산화물 코팅 분말을 이용하는 등, 도전성 잉크에 요구되는 요구 특성을 고려한 것을 선택적으로 사용하면 된다.

그 중에서, 본건 발명에 따른 도전성 잉크에서 니켈분말을 이용하는 것을 생각하면, 다음과 같은 미립의 미립 니켈분말을 채용함으로써, 치밀하고 저저항인 막을 형성할 수 있어 양호한 품질의 회로를 얻을 수 있다. 구체적으로는 극히 작은 미립 니켈분말은, 분체보다 슬러리 상태로 보존해 두는 편이 분체로서의 품질의 장기 보존성을 확보할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 도전성 페이스트에, 평균 일차 입경이 100㎚ 이하인 미립 니켈분말을 이용하는 경우에는, 니켈 슬러리의 형태로 이용하는 것이 바람직하다. 즉, "니켈 입자를 함유하는 니켈 슬러리에서, 당해 니켈 슬러리는 유기용매와 평균 일차 입경이 100㎚ 이하인 니켈 입자만으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 니켈 슬러리"를 이용한다. 이 니켈 슬러리의 특징은, 수지 등의 유기제를 전혀 이용하지 않고, 가열에 의해 휘산 가능한 유기용매와 니켈 입자만으로 구성되어 있는 점에 있다. 이 니켈 슬러리는, 니켈 콜로이드와 달리 가만히 놔두면 니켈 입자 가 용이하게 침강하는 성질을 갖는다. 따라서, 보존한 것을 사용하는 경우에는, 교반 작업이 필요하지만, 니켈 슬러리의 용액측에 불필요하게 수지 성분 등의 유기제를 함유하지 않기 때문에, 당해 유기제에 의한 니켈 입자의 표면의 오염도 없고, 니켈 잉크의 원료로서 사용할 때의 수지 성분의 조정 등도 용이해진다.

게다가, 여기에서는 단순히 니켈 입자의 평균 일차 입경이 100㎚ 이하라고 기재하고 있지만, 종래, 이 레벨의 미립의 니켈 입자를 목표로 만들어 내는 것은 곤란하고, 대량 생산성이 부족하여 시장 공급이 불가능한 것으로서, 시장 공급이 불가능하였던 미립의 니켈 입자를 포함하는 것이다.

평균 일차 입경이 100㎚를 넘는 레벨의 니켈 입자는, 종래의 제조 방법을 적용하여도 어느 정도의 제조는 가능하다. 이에 대해, 본 발명에서 이용하는 니켈 슬러리 중의 니켈 입자의 평균 일차 입경은, 제조상 불가피하게 발생하는 일정한 편차를 고려하여도 100㎚ 이하의 값이 된다. 그리고, 보다 최적인 제조 조건을 적용함으로써 1O㎚ 내지 70㎚ 범위의 미립 니켈 입자를 얻을 수 있어, 고품질의 니켈 슬러리를 제공하는 것이 가능해진다. 한편, 여기에서 명기해 두지만, 10㎚ 미만의 니켈 입자는, 전혀 존재하지 않는 것이 아니라 임의의 일정한 공정 편차의 범위에서 발생한다. 그러나, 10㎚ 미만의 니켈 입자는, 전계 방사형의 주사형 전자현미경(FE-SEM)을 이용하여도 시인(視認)하는 것이 어려워, 평균 일차 입자경을 엄밀하게 측정하여 편차를 보는 등의 통계적인 데이터를 얻기 힘들기 때문에 제외한 것에 불과하다. 따라서, 본건 발명에 따른 니켈 슬러리 중에 함유되는 니켈 입자를 관찰하려면, 수십만 배 이상의 관찰이 가능한 투과형 전자현미경 레벨의 배율에서의 관 찰이 가능한 장치를 이용하여 행하는 것이 바람직하다. 여기에서, 말하는 니켈 슬러리는, 사후적으로 도전성 잉크로 가공되어 사용되는 것을 상정하면, 니켈 입자의 평균 일차 입경은 작은 것일수록 미세한 회로, 전극 등의 형성이 용이해진다. 따라서, 니켈 입자는 좁고 양호한 입도 분포를 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 금속분말 입자의 일반적 성질로서, 미립화하면 할수록 입자끼리가 의사적으로 연결되는 응집이 일어나기 쉬운 경향이 있는 경우가 있다. 따라서, 본건 발명에 따른 니켈 슬러리 중의 니켈 입자의 평균 일차 입자경이 아무리 작아도, 입자끼리가 강고한 응집을 한 2차 입자를 구성하고 있으면, 전술한 바와 같은 미세한 회로 등을 형성하기 위한 니켈 잉크로서의 사용은 불가능하다고 할 수 있다. 따라서, 입자의 입도 분포가 양호한 것을 추량하는 지표로서 일차 입자경의 표준 편차를 이용하는 것으로 한다.

여기에서, 상기 니켈 입자의 일차 입경의 표준 편차에 관해 기술한다. 본건 발명에 따른 니켈 슬러리에 함유되는 니켈 입자는, 평균 일차 입경이 ㎚ 오더로 매우 미세한 것으로부터, 그 제조 단계에서의 엄격한 의미에서의 입경 제어는 곤란하며, 목표로 한 평균 일차 입경에 따라서도 입경의 편차가 상이하다는 특성을 갖고 있다. 따라서, 발명자들은 상기 니켈 입자의 일차 입경의 표준 편차를 고려할 때에, 단순한 수치로서의 표준 편차가 아니라 평균 일차 입경을 기준으로 하여, [평균 일차 입경(㎚)]/2.5 이하인 것을 양호한 입자 분산성을 나타내는 지표로서 이용하였다. 표준 편차가 [평균 일차 입경(㎚)]/2.5를 넘으면, 투과 전자현미경으로 관찰했을 때의 일차 입자의 편차가 눈에 보이게 크게 느껴져, 원래 좁은 입도 분포의 니켈 입자라고는 할 수 없는 것이다. 한편, 이들 니켈 입자의 평균 일차 입경은, 투과형 전자현미경 사진에 의해 관찰하여 그 관찰상으로부터 얻어진 입경 분포로부터 표준 편차를 산출하고, [평균 일차 입경(㎚)]/2.5와 대비하여 입자 분포의 정확도를 판단한다.

그리고, ㎚ 오더의 입경을 갖는 니켈 입자를, 통상적인 레이저 회절 산란식 입도 분석법으로 측정하려고 하면, 일반적인 장치가 아니라 초미립자 측정이 가능한 동적 광산란식(도플러 산란광 해석) 장치를 이용해야만 한다. 따라서, 본건 발명자들은 0.0032㎛ 내지 6.5406㎛의 입도 분포의 측정이 가능한 닛키소(日機裝) 주식회사 제품 UPA150을 이용해 보았다. 그런데, 이 장치로 측정했을 때의 측정 데이터는, 검출기가 갖는 특성으로부터 2개의 피크를 나타내는 경우가 많고 이 사상(事象)에 관한 원인이 명확하지 않다. 따라서, 이 사상을 특별히 고려하지 않고 입도 분포의 표준 편차를 구하는 것도 가능하지만, 바람직하다고는 할 수 없다.

따라서, 본건 발명자들은, 평균 일차 입자경이 ㎚ 오더의 니켈 입자의 입경 편차를 표준 편차로 파악하는 경우, 투과형 전자현미경의 관찰상(니켈 입자가 25개 내지 60개 포함되는 관찰상)으로부터 직접 측정한 일차 입자경을 기초로 표준 편차를 계산에 의해 도출하는 편이 보다 신뢰성이 있는 값이 얻어진다고 생각하였다. 그리고, 이 방법에 따르면, 본건 발명에 따른 니켈 슬러리 중의 니켈 입자의 입도 분포의 표준 편차의 값은, 거의 [평균 일차 입경(㎚)]/6.0 내지 [평균 일차 입경(㎚)]/2.5의 범위가 되는 것을 알았다. 이 정도의 편차이면, 미세한 회로 형성 등에 이용하는 도전성 잉크로서 충분히 사용할 수 있다고 말할 수 있다.

또한, 입자 분산성을 보는 지표로서 변동 계수를 채용하는 것도 바람직하다. 여기에서 변동 계수 CV치는, 평균 일차 입경 D와 입도 분포의 표준 편차 SD의 관계식 SD/D×100으로 나타내지는 것으로서, 이 CV치의 값이 작을수록 분립의 입경이 고르며 큰 편차를 갖고 있지 않는 것을 의미하고 있다. 한편, 여기에서의 평균 일차 입경은, 투과형 전자현미경의 관찰상(니켈 입자가 25개 내지 60개 포함되는 관찰상)으로부터 직접 측정한 일차 입자경이다.

또한, 상기 니켈 슬러리에 있어서, 니켈 입자의 함유량은 15 중량% 내지 92 중량%인 것이 바람직하다. 본건 발명에 따른 니켈 슬러리를 이용하여 니켈 잉크를 제조하는 경우에는, 이 안에 바인더, 점도 조정제 등으로서 여러 가지의 유기제 등을 첨가하게 된다. 따라서, 니켈 잉크로서 필요한, 니켈 입자 함유량을 확보한다는 관점에서, 상기 범위의 함유량이 바람직한 것이다.

당해 니켈 슬러리에 사용되는 유기용매는, 니켈분말로서의 입자 표면의 산화 등의 화학적 변질을 일으키지 않는 한 특별히 한정되지 않는다. 사용 가능한 유기용매로서는, 예를 들면, 테르피네올, 디히드로테르피네올 등의 테르펜류나, 옥탄올, 데칸올 등의 알코올 등을 들 수 있다. 상기 유기용제는 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 이용할 수 있다.

이상 기술한 니켈 슬러리의 제조 방법에 관하여 설명한다. 니켈 슬러리의 제조 방법으로서, 니켈염, 폴리올 및 귀금속 촉매를 함유하는 반응액을 반응 온도까지 가열하여, 그 반응 온도를 유지하면서 그 반응액 중의 니켈 이온을 환원하고, 계속해서 유기용매로 치환하는 니켈 슬러리의 제조 방법에 있어서, 상기 반응액에 아미노산을 첨가하는 것을 특징으로 하는 방법을 채용하는 것이 바람직하다.

여기에서 이용하는 니켈염은, 특별히 한정되는 것이 아니고, 예를 들면, 수산화 니켈, 황산 니켈, 염화 니켈, 브롬화 니켈, 초산 니켈 등을 들 수 있다. 이들 중에서, 수산화 니켈은 니켈 잉크로 했을 때에 악영향을 미치는 유황, 할로겐 등의 원소를 함유하고 있지 않기 때문에 특히 바람직하다.

그리고, 이들 니켈염은, 당해 반응액 중에서 니켈 농도로서 1g/l 내지 100g/l의 농도로 하는 것이 바람직하다. 1g/l 미만의 농도에서는, 공업적으로 필요한 생산 효율을 얻을 수 없고, 100g/l 농도를 넘으면, 환원 석출하는 니켈 입자가 응집함으로써 입경이 커지는 경향이 있어, 평균 일차 입경을 50㎚ 이하로 한 니켈 입자를 얻을 수 없게 된다.

그리고, 이 니켈 슬러리의 제조에서 이용하는 폴리올은, 탄화수소쇄 및 복수의 수산기를 갖는 물질을 말한다. 그 폴리올로서는, 예를 들면, 에틸렌글리콜(비점 197℃), 디에틸렌글리콜(비점 245℃), 트리에틸렌글리콜(비점 278℃), 테트라에틸렌글리콜(비점 327℃), 1, 2-프로판디올(비점 188℃), 디프로필렌글리콜(비점 232℃), 1, 2-부탄디올(비점 193℃), 1, 3-부탄디올(비점 208℃), 1, 4-부탄디올(비점 235℃), 2, 3-부탄디올(비점 177℃), 1, 5-펜탄디올(비점 239℃) 및 폴리에틸렌 글리콜로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 들 수 있다. 이 중 에틸렌글리콜은, 비점이 낮고 상온에서 액상으로 취급성이 뛰어나기 때문에 바람직하다. 여기에서 폴리올은, 니켈염에 대한 환원제로서 작용할 뿐만 아니라 용매로서도 기능하는 것이다.

그리고, 이들 폴리올의 당해 반응액 중에서의 농도는, 니켈 농도에 대응하여 첨가량이 정해지는 것이다. 따라서, 전술한 니켈 농도 범위인 것을 전제로 하여, 반응액 중의 폴리올 농도는 니켈에 대해 11 당량 내지 1100 당량이 되도록 첨가하는 것이 바람직하다. 11 당량 미만의 농도에서는, 니켈 농도가 높아져 석출 입자의 응집이 일어나기 쉬워진다. 그리고, 상기 니켈 농도의 상한 농도를 고려하여도, 환원 석출한 니켈 입자 표면으로의 유기 화합물층의 형성을 고려하면 1100 당량 농도를 넘으면, 반응 시간을 조금 길게 하여도 유기 화합물층이 불필요하게 두꺼워져, 니켈 잉크로 가공하여 회로 등을 형성했을 때의 저항 상승의 원인이 된다.

이 니켈 슬러리의 제조에서 이용하는 귀금속 촉매는, 상기 반응액 중에 있어서, 폴리올에 의한 니켈염의 환원 반응을 촉진하는 것으로서, 예를 들면, 염화 팔라듐, 질산 팔라듐, 초산 팔라듐, 염화 암모늄 팔라듐 등의 팔라듐 화합물, 질산은, 락트산은, 산화은, 황산은, 시클로 헥산산은, 초산은 등의 은화합물, 염화 백금산, 염화 백금산 칼륨, 염화 백금산 나트륨 등의 백금 화합물, 및 염화금산, 염화금산 나트륨 등의 금 화합물 등을 들 수 있다. 이 중, 질산 팔라듐, 초산 팔라듐, 질산은 또는 초산은은, 얻어지는 니켈분말의 순도가 높아지기 쉽고, 또한, 제조 코스트가 낮기 때문에 바람직하다. 상기 촉매는, 상기 화합물이 안정적인 한 그대로의 형태로 또는 그 화합물의 용액의 형태로 이용할 수 있다.

그리고, 이들 귀금속 촉매의 당해 반응액 중에서의 농도는, 니켈 입자의 환원 석출 속도를 결정하는 것이다. 따라서, 전술한 바와 같이 100㎚ 이하의 평균 일차 입자경을 갖는 니켈 입자를 제조하려고 할 때의, 최적인 환원 속도를 얻을 필요 가 있다. 따라서, 반응액 중의 귀금속 촉매 농도는, 0.01㎎/l 내지 0.5㎎/l의 농도로 하는 것이 바람직하다. 귀금속 촉매 농도가 0.01㎎/l 미만의 농도에서는, 환원 속도가 늦고 니켈 입자가 조대화되는 외에, 공업적인 의미에서의 조업 조건을 만족할 수 없다. 그리고, 귀금속 촉매 농도가 0.5㎎/l를 넘으면, 환원 속도가 빨라져 얻어지는 니켈 입자의 입경의 편차가 커지고, 게다가 100㎚를 넘는 조립(粗粒)이 많이 발생한다.

이상 기술한 니켈염, 폴리올 및 귀금속 촉매를 함유하는 반응액은, 예를 들면, 물에 니켈염, 폴리올 및 귀금속 촉매를 투입하고 교반하여 혼합함으로써 조제할 수 있고, 또한, 귀금속 촉매가 질산 팔라듐 등과 같이 수용액으로서 존재하는 경우는, 니켈염, 폴리올 및 귀금속 촉매를 물 없이 혼합하는 것만으로 조제할 수 있다. 니켈염, 폴리올 및 귀금속 촉매를 혼합하여 반응액을 조제할 때, 첨가하는 순서나 혼합 방법은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 니켈염, 폴리올 및 귀금속 촉매, 또한 필요에 따라 후술하는 분산제를 예비 혼합하여 슬러리를 조제하고, 그 슬러리와 폴리올의 잔부를 혼합하여 반응액을 제조하여도 된다.

그리고, 이 니켈 슬러리의 제조에서는, 상기 반응액에 아미노산을 첨가한다. 이와 같이 반응액에 아미노산을 첨가함으로써, 니켈 입자의 일차 입경을 작게 하고, 분산성을 양호하게 할 수 있다. 상기 아미노산은, 비점 또는 분해점이 반응 온도 이상이고, 또한 니켈 및 귀금속 촉매와 폴리올 중에서 착체를 형성하는 것이 이용되며, 구체적으로는 L-아르기닌 및/또는 L-시스틴이 바람직하게 이용된다. 아미노산의 첨가량은 반응액 중의 니켈에 대해 0.01 중량% 내지 20 중량%가 바람직하 다. 아미노산의 첨가량이 0.01 중량% 미만에서는 상기 효과를 얻지 못하고, 20 중량%를 넘게 첨가하여도 그 이상의 효과가 얻어지지 않고 경제적으로 불리하다.

또한, 상기 반응액은, 필요에 따라 일정량의 분산제를 함유함으로써, 얻어지는 니켈 입자가 보다 미립이 되어, 환원 석출한 입자끼리의 응집화를 방지하고 입도 분포를 보다 좁게 할 수 있다. 따라서, 이 분산제는, 반응 과정에서만 필요한 것으로서, 제품인 니켈 슬러리 중에서는 불필요한 것으로 니켈 슬러리 중에는 함유시키지 않도록 하는 것이 바람직하다. 본 발명에서 이용되는 분산제로서는, 예를 들면, 폴리비닐 피롤리돈, 폴리에틸렌 이민, 폴리아크릴 아미드, 폴리(2-메틸-2-옥사졸린) 등의 함질소 유기 화합물, 및 폴리비닐 알코올 등을 들 수 있다. 이 중, 폴리비닐 피롤리돈은 얻어지는 니켈 입자의 입도 분포가 좁아지기 쉽기 때문에 바람직하다. 상기 분산제는, 1종 또는 2종 이상 조합하여 이용할 수 있다. 분산제를 함유시키는 경우에는, 분산제의 종류에 따라 첨가량이 상이하지만, 반응액 중의 니켈량을 기준으로 하여 일반적으로 니켈량의 1 중량% 내지 20 중량%, 보다 바람직하게는 1 중량% 내지 12 중량%를 함유시키는 것이 바람직하다. 분산제가, 1 중량% 미만인 경우에는, 분산제를 첨가한 효과로서 니켈 슬러리 중에서의 니켈 입자의 입도 분포 개선 효과를 발휘할 수 없다. 한편, 분산제를 20 중량% 넘게 첨가하여도, 분산제를 함유시킨 효과는 그 이상으로 변화하지 않고, 오히려 니켈 입자의 유기제로서의 분산제에 의한 오염이 심각화된다.

이 니켈 슬러리의 제조에서는, 상기 반응액을 상기 환원 온도까지 가열하고, 그 환원 온도를 유지하면서 그 반응액 중의 니켈염을 환원하여, 니켈 입자를 제조 한다.

여기에서, 환원 반응을 행하는 반응 온도에 관하여 설명한다. 반응 온도로서는 150℃ 내지 210℃, 바람직하게는 150℃ 내지 200℃의 온도 범위를 채용하는 것이 바람직하다. 반응 온도라고 칭하고 있지만, 본건 발명의 경우에는 반응액의 액온을 말한다. 상기 반응액 조성의 범위에서, 반응 온도가 150℃ 미만인 경우에는, 환원 반응 속도가 늦어 공업적으로 사용할 수 없는 조업 조건이 된다. 그리고, 반응 온도가 210℃를 넘으면, 환원 반응으로 얻어지는 생성물이 탄소를 함유하여 탄화 니켈 입자가 되기 쉽기 때문에 바람직하지 않다.

반응액을 상기 환원 온도로 유지하는 시간은, 반응액의 조성이나 환원 온도에 의해 적절한 시간이 상이하기 때문에 한 마디로 특정할 수 없지만, 통상 1시간 내지 20시간, 바람직하게는 2시간 내지 15시간이다. 반응액을 상기 환원 온도로 유지하는 시간이 이 범위 내이면, 니켈 입자의 핵의 성장이 억제됨과 동시에 니켈 입자의 핵이 다수 발생하기 쉬운 분위기가 됨으로써 계내에서의 니켈 입자의 성장이 거의 균일하게 되기 때문에, 얻어지는 니켈 입자가 조대 입자가 되거나 응집하는 것을 억제할 수 있다. 이 때문에, 본 발명에서는, 상기 환원 온도로 상기 시간만큼 유지하면, 그 이후는 반응액의 온도를 상기 환원 온도의 범위 외의 온도로 하여도 된다. 예를 들면, 환원 반응의 속도를 향상시키기 위해, 반응액의 온도를 상기 환원 온도를 넘는 온도로 하여도 된다.

다음으로, 니켈 입자가 얻어진 반응액을 유기용매로 치환하여 니켈 슬러리로 한다. 여기에서 이용되는 유기용매는, 전술한 바와 같이, 예를 들면, 테르피네올, 디히드로테르피네올 등의 테르펜류나, 옥탄올, 데칸올 등의 알코올 등을 들 수 있다. 상기 유기용제는 1종 또는 2종 이상 혼합하여 이용할 수 있다.

도전성 잉크의 점도: 본건 발명에서는, 잉크젯법이나 디스펜서법으로의 회로 형성 등이 한층 더 용이한 것이 되도록, 도전성 잉크의 25℃에서의 점도를 60cP 이하로 한다. 본건 발명에서의 점도 조정은, 전술한 용매, 분산제, 산화물 코팅 금속분말을 최적으로 배합함으로써 달성한다. 점도의 하한치를 굳이 기재하지 않는 것은, 각 금속의 도전성 잉크가 회로 형성에 사용되는 장소와 목적이 상이하여, 원하는 배선, 전극 사이즈 및 그 형상이 상이하기 때문이다. 25℃에서의 점도가 60cP를 넘는 경우, 잉크젯법이나 디스펜서법을 이용하여 미세한 배선이나 전극을 형성하려고 해도, 노즐로부터 도전성 잉크를 토출하는 에너지 이상으로 도전성 잉크의 점도가 높기 때문에, 안정적으로 노즐로부터 도전성 잉크의 액적을 토출하는 것이 곤란해지게 된다. 25℃에서의 점도가 60cP 이하인 경우, 실험적으로 잉크젯법이나 디스펜서법에서의 미세한 배선이나 전극의 형성이 가능해지는 것이 알려져 있다.

〈본건 발명에 따른 도전성 잉크의 제조 방법〉

이상 기술한 도전성 잉크의 제조 방법에 관해서는, 특별한 한정은 없다. 어떠한 방법을 채용하여도, 최종적으로, 적어도 금속분말과 주용매와 막밀도 향상제를 함유하고, 분산조제, 표면 장력 향상제, 밀착성 향상제를 적절하게 함유하는 것으로 하면 된다. 그러나, 분산조제를 사용하는 것을 생각하는데에, 금속분말을 주용매에 분산시켜 모슬러리로 하고, 이 단계에서 분산조제를 첨가하여, 이하 임의의 순서로 표면 장력 향상제 및/또는 밀착성 향상제를 적절하게 첨가하는 것이 바람직 하다.

제1 실시예

이 실시예에서는, 이하의 순서로 도전성 잉크를 조정하고, 그 도전성 잉크를 이용하여 전극막을 형성하여, 도체 저항, 밀착성, 전극막 단면 상태 관찰을 행하였다.

〈니켈 입자의 제조〉

반응 용기에 채워진 에틸렌 글리콜 445.28g 중에서 수산화 니켈 31.31g, 폴리비닐 피롤리돈(PVP) 2.15g, 100g/l의 질산 팔라듐 용액 0.69㎖ 및 L-아르기닌 1.Og을 교반하면서 190℃에서 10시간 가열하여, 평균 일차 입경 37.86㎚의 니켈 입자를 얻었다. 이 반응액을 에틸렌 글리콜로 경사분리(decantation)를 행하고, 반응액 중의 PVP를 세정 제거하여, 이를 테르피네올로 2회의 경사분리를 행하고, 니켈분말 함유량 80 중량%, 잔부 테르피네올의 니켈 슬러리를 제조하였다.

상기 니켈 슬러리 중의 50개의 니켈 입자의 일차 입경(평균, 표준 편차, 최대치, 최소치)을 투과형 전자현미경으로 관찰한 결과를 표 1에 나타낸다. 그리고, FE-SEM의 관찰상을 도 1(×100000)에 나타냈다. 그러나, FE-SEM 레벨의 분해능에서는, 충분한 입자 관찰이 가능하지 않다는 것을 알 수 있다. 따라서, 도 6에 투과형 전자현미경에서의 관찰상을 나타낸다. 이 도 2에서는, 얻어진 니켈 입자의 형태를 명료하게 관찰할 수 있다. 이하의 실시예에서도, 여기에서 얻어진 것과 동일한 니켈 슬러리를 원료로서 이용하였다.

〈도전성 잉크의 제조〉

분산조제의 조정: 용량 1L의 비커에, 디에탄올 아민(와코준야쿠고교(和光純藥工業) 주식회사 제품) 380g, 44% 폴리아크릴산 암모늄 용액(와코준야쿠고교 주식회사 제품) 45.6g 및 15% 수산화 테트라메틸 암모늄 용액(와코준야쿠고교 주식회사 제품) 13.4g을 넣고, 마그네틱 스터러로 교반하여 분산조제를 조제하였다.

금속분말 슬러리의 조정: 상기 니켈 입자의 제조에서 얻어진 니켈 슬러리 3L를 원심분리기에 의해 고액 분리를 행하고 상청액을 제거하였다. 다음으로, 얻어진 고형분에 함유되는 반응에 사용한 유기물 등을 제거하기 위해, 얻어진 고형분에 제거한 상청액량과 동량의 순수를 더하고 잘 혼합한 다음, 원심분리기에 의해 고형분을 회수하는 조작을 3회 행하였다. 얻어진 고형분에, 니켈 농도가 21wt%가 되도록 순수를 더하고 잘 혼합하여 수성 니켈 슬러리로 하였다. 이 수성 니켈 슬러리 262.3g에, 상기 분산조제 14.8g을 첨가하였다. 다음으로, 그 슬러리를 고속 유화 분산기인 T.K.필믹스(톡슈기카고교(特殊機化工業) 주식회사 제품)로 분산화 처리를 행하여, 니켈 입자를 분산시킨 니켈 슬러리를 얻었다.

도전성 잉크의 조제: 다음으로, 상기 니켈 슬러리를 지르코니아 비즈(주식회사 닉카토 제품, 0.3㎜Φ)를 해쇄(解碎) 미디어로 하고, 페인트 셰이커(아사다텟코(淺田鐵鋼) 주식회사 제품)에서 30분간 해쇄 처리를 행하였다. 계속해서, 표면 장력 조정제로서 2-n-부톡시에탄올(칸토카가꾸(關東化學) 주식회사 제품, 표면 장력 28.2mN/m) 19.7g과, 밀착성 향상제로서 티타늄 락테이트(마츠모토준야쿠고교(松本純藥工業) 주식회사 제품 TC-315) 13.8g을 첨가하여, 페인트 셰이커(아사다텟코 주식회사 제품)에서 30분간 혼합 처리를 행하였다.

그 후, 또한, 막밀도 향상제로서 텅스텐산(와코준야쿠고교 주식회사 제품) 1.89g를 첨가하여, 페인트 셰이커(아사다텟코 주식회사 제품)에서 30분간 분쇄 처리를 행하였다. 그리고, 다음으로, 이 슬러리에 함유되는 5㎛ 이상의 입자를 카트리지식 필터(아드반테크 토요(東洋) 주식회사 제품 MCP-3)에 통액(通液)함으로써 제거하고, 또한 1㎛ 이상의 입자를 카트리지식 필터(아드반테크 토요 주식회사 제품 MCP-HX)로 여과하여 여액(濾液)(이하, "도전성 잉크 A"라고 함)을 얻었다.

〈도전성 잉크로서의 평가〉

막저항의 측정: 상기 도전성 잉크 A를, 무알칼리 유리 기판 OA-10(니혼덴키가라스(日本電氣硝子) 주식회사 제품) 상에 스핀코터(MIKASA사 제품)를 이용하여 2500rpm에서 10초간의 조건으로 성막하였다. 다음으로, 수소 함유량이 2용량%인 수소-질소 혼합 분위기하, 300℃에서 2시간 가열 처리를 행하여, 막두께가 약 500㎚인 니켈 전극막을 얻었다. 그 전극막에 대해, 비저항을 4탐침 저항 측정기 로레스타 GP(미쓰비시카가꾸(三菱化學) 주식회사 제품)로 측정한 결과, 3.2×10^-4Ω·㎝였다.

밀착성의 평가: 유리 기판과의 밀착성을 JIS K 5600 패러그래프 5-6에 준거하여 크로스컷법에 의해 평가한 결과, 분류 0으로서 양호한 밀착성을 갖고 있었다. 또한, 전술한 바와 같이 하여 제조한 전극막을 수중에서 10분간 초음파 세정하고, 계속해서 아세톤 중에서 10분간 초음파 세정한 것을, 마이크로스코프로 관찰한 결과, 이 경우에도 전극막의 박리는 관찰되지 않았다.

전극막 단면의 상태 관찰: 전술한 바와 같이 하여 제조한 전극막의 단면을 주사형 전자현미경(FEI COMPANY사 제품 FE-SEM)으로 관찰한 결과, 도 3에 나타내는 바와 같이 치밀한 막을 얻을 수 있었다.

제2 실시예

〈도전성 잉크의 제조〉

이 실시예는, 첨가하는 막밀도 향상제를 구연산 니켈로 하는 이외에는, 제1 실시예와 마찬가지의 방법으로 도전성 잉크 B를 제조하였다. 따라서, 중복되는 기재를 피하기 위해, 여기에서의 제조 프로세스에 관한 설명은 생략한다.

〈도전성 잉크로서의 평가〉

막저항의 측정: 상기 도전성 잉크 B로, 제1 실시예와 마찬가지로 하여 막두께가 약 500㎚인 니켈 전극막을 얻었다. 그 전극막에 대해, 비저항을 4탐침 저항 측정기 로레스타 GP(미쓰비시카가꾸 주식회사 제품)로 측정한 결과, 2.5×10^-4Ω·㎝였다.

전극막 단면의 상태 관찰: 전술한 바와 같이 하여 제조한 전극막의 단면을 주사형 전자현미경(FEI COMPANY사 제품 FE-SEM)으로 관찰한 결과, 도 4에 나타내는 바와 같이 치밀한 막을 얻을 수 있었다.

제3 실시예

〈도전성 잉크의 제조〉

이 실시예는, 첨가하는 막밀도 향상제를 초산동으로 하는 이외에는, 제1 실시예와 마찬가지의 방법으로 도전성 잉크 C를 제조하였다. 따라서, 중복되는 기재를 피하기 위해, 여기에서의 제조 프로세스에 관한 설명은 생략한다.

〈도전성 잉크로서의 평가〉

막저항의 측정: 상기 도전성 잉크 C로, 제1 실시예와 마찬가지로 하여 막두께가 약 500㎚인 니켈 전극막을 얻었다. 그 전극막에 대해, 비저항을 4탐침 저항 측정기 로레스타 GP(미쓰비시카가꾸 주식회사 제품)로 측정한 결과, 5.92×10^-4Ω·㎝였다.

전극막 단면의 상태 관찰: 전술한 바와 같이 하여 제조한 전극막의 단면을 주사형 전자현미경(FEI COMPANY사 제품 FE-SEM)으로 관찰한 결과, 도 5에 나타내는 바와 같이 치밀한 막을 얻을 수 있었다.

제4 실시예

〈도전성 잉크의 제조〉

이 실시예는, 첨가하는 막밀도 향상제를 몰리브덴산으로 하는 이외에는, 제1 실시예와 마찬가지의 방법으로 도전성 잉크 D를 제조하였다. 따라서, 중복되는 기재를 피하기 위해, 여기에서의 제조 프로세스에 관한 설명은 생략한다.

〈도전성 잉크로서의 평가〉

막저항의 측정: 상기 도전성 잉크 D로, 제1 실시예와 마찬가지로 하여 막두께가 약 500㎚인 니켈 전극막을 얻었다. 그 전극막에 대해, 비저항을 4탐침 저항 측정기 로레스타 GP(미쓰비시카가꾸 주식회사 제품)로 측정한 결과, 5.28×10^-4Ω·㎝였다.

전극막 단면의 상태 관찰: 전술한 바와 같이 하여 제조한 전극막의 표면을 주사형 전자현미경(FEI COMPANY사 제품 FE-SEM)으로 관찰한 결과, 도 6에 나타내는 바와 같이 치밀한 막을 얻을 수 있었다.

비교예

〈도전성 잉크의 제조〉

이 비교예는, 첨가하는 막밀도 향상제를 생략하고, 그 외는 제1 실시예와 마찬가지의 방법으로 상기 실시예와 대비하기 위한 도전성 잉크 G를 제조하였다. 따라서, 중복되는 기재를 피하기 위해, 여기에서의 제조 프로세스에 관한 설명은 생략한다.

〈도전성 잉크로서의 평가〉

막저항의 측정: 상기 도전성 잉크 G로, 제1 실시예와 마찬가지로 하여 막두께가 약 500㎚인 니켈 전극막을 얻었다. 그 전극막에 대해, 비저항을 4탐침 저항 측정기 로레스타 GP(미쓰비시카가꾸 주식회사 제품)로 측정한 결과, 4.10×10^-3Ω·㎝였다.

전극막 단면의 상태 관찰: 전술한 바와 같이 하여 제조한 전극막의 상태를 주사형 전자현미경(FEI COMPANY사 제품 FE-SEM)으로 관찰한 결과, 도 7에 나타내는 평면 관찰상(도 1∼도 3과 대비), 도 8에 나타내는 단면 관찰상(도 4와 대비)으로 부터 알 수 있듯이 충전성(充塡性)이 뛰어난 양호한 막을 얻을 수 없었다.

〈실시예와 비교예의 대비〉

비교예와 상기 각 실시예를 대비하면, 각 실시예의 막저항의 측정치는, 10^-4 오더의 저항값을 나타내고 있는데 대해, 비교예는 10^-3 오더의 저항값을 나타내고 있다. 따라서, 막밀도 향상제로서의 금속염을 함유하는 도전성 잉크가, 비교예의 막밀도 향상제를 함유하지 않는 도전성 잉크에 비해, 그 도전성 잉크를 이용하여 형성한 전극막의 도체 저항이 낮아지는 것이 명백하다.

또한, 전극막 표면 또는 단면의 상태 관찰은, 전극막의 도체 저항에 생긴 차이를 뒷받침하도록, 주사형 전자현미경으로부터 분명한 바와 같이, 비교예의 전극막은 각 실시예의 전극막에 비해, 막 내에 크랙이 확인되어 충전성이 부족하고 치밀한 막이 되어 있지 않은 것을 이해할 수 있어, 도전성 잉크 중에서 막밀도 향상제가 완수하는 기능을 시각적으로 파악할 수 있다.

본건 발명에 따른 도전성 잉크는, 당해 도전성 잉크를 이용하여 형성한 도체의 막밀도를 향상시키고 저저항의 도체 형성을 가능하게 하기 때문에, 저소비 전력의 회로 형성을 가능하게 한다. 또한, 그 도체는, 각종 기판 등과의 밀착성이 뛰어나다. 따라서, 본건 발명에 따른 도전성 잉크에 함유시킨 금속분말의 분체 특성을, 미립이면서 분산성이 뛰어난 것으로 하면, 잉크젯 방식이나 디스펜서 방식을 이용하여, 기판상에 미세한 배선이나 전극을 형성하는 용도 등에 매우 적합한 것이다.

또한, 본건 발명에 따른 도전성 잉크에 있어서, 밀착성 향상제 등의 첨가제를 적절하게 이용함으로써, 각종 기판과의 밀착성의 조정이 가능하고, 또한, 미세한 배선이나 전극의 형성이 가능한 도전성 금속 잉크가 된다. 예를 들면, 유리 기판상으로의 회로 형성, 은 혹은 동을 이용하여 형성한 회로, 또는 ITO를 이용한 투명 전극 등 상에의 배선, 전극, 보호 회로, 보호 피막 등의 형성이 가능하다. 따라서, 액정 디스플레이 등의 제조 과정에서 유용하다.

Claims

분산매(分散媒)에 금속분말 또는 금속 산화물 분말을 분산시킨 도전성 잉크로서,

상기 분산매 중에, 당해 도전성 잉크를 이용하여 형성한 도체의 막밀도를 향상시키기 위한 막밀도 향상제로서의 금속염 또는 금속 산화물을 함유하는 것을 특징으로 하는 도전성 잉크.
제1항에 있어서,

상기 분산매를 구성하는 주용매는, 상압에서의 비점이 300℃ 이하인 물, 알코올류, 글리콜류, 포화 탄화 수소류로 이루어지는 군으로부터 선택한 1종 또는 2종 이상을 조합한 것인 도전성 잉크.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 막밀도 향상제는, Ti, V, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Ag, In, Sn, Ta, W를 함유하는 금속염 또는 금속 산화물군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 도전성 잉크.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 분산매는, 분산조제를 함유하는 것인 도전성 잉크.
제4항에 있어서,

분산조제는, (a) 폴리아크릴산, 그 에스테르 또는 그 염, (b) 유기기 치환 수산화 암모늄 및 (c) 히드록실기 함유 아민 화합물의 (a)∼(c)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 혼합한 것인 도전성 잉크.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 분산매는, 표면 장력 조정제를 이용하여 표면 장력을 15mN/m 내지 50mN/m의 범위로 조정한 것을 특징으로 하는 도전성 잉크.
제6항에 있어서,

상기 표면 장력 조정제는, 상압에서의 비점이 100℃ 내지 300℃인 알코올, 글리콜로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 조합한 것인 도전성 잉크.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 분산매는, 밀착성 향상제로서 실란 커플링제, 티타늄 커플링제, 지르코니아 커플링제, 알루미늄 커플링제로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 도전성 잉크.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 금속분말 또는 금속 산화물 분말은, 니켈분말, 은분말, 금분말, 백금분말, 동분말, 팔라듐분말, 인듐-주석 산화물로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합 분말인 도전성 잉크.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 금속분말 또는 금속 산화물 분말 중, 니켈분말은 평균 일차 입경이 100㎚ 이하의 것을 이용하는 도전성 잉크.
제10항에 있어서,

상기 니켈분말은, 니켈 입자의 평균 일차 입경이 1O㎚ 내지 7O㎚인 도전성 잉크.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,

25℃에서의 점도가, 60cP 이하인 도전성 잉크.