KR20080069606A

KR20080069606A - 니켈 잉크 및 그 니켈 잉크로 형성한 도체막

Info

Publication number: KR20080069606A
Application number: KR1020087011634A
Authority: KR
Inventors: 요이치 카미코리야마; 히로키 사와모토; 미키마사 호리우치
Original assignee: 미츠이 마이닝 & 스멜팅 콤파니 리미티드
Priority date: 2005-11-04
Filing date: 2006-10-27
Publication date: 2008-07-28
Also published as: TW200724620A; JP2007146117A; WO2007052564A1; US20090252924A1; US8486306B2

Abstract

본 발명은, 분산매에 니켈 입자를 분산시킨 니켈 잉크를 개시한다. 상기 분산매는 상압에서의 비점이 300℃ 이하인 알코올류, 글리콜류로 이루어지는 군에서 선택한 1종 또는 2종 이상을 조합한 것이다. 상기 니켈 입자는 그 구성입자의 평균 일차 입자지름이 50nm 이하이다. 이 니켈 잉크를 사용하여 형성되는 도체막은, 평균 표면 거칠기(Ra)가 10nm 이하, 최대 표면 거칠기(Rmax)가 200nm 이하의 평활 평면을 구비한다.

Description

니켈 잉크 및 그 니켈 잉크로 형성한 도체막 {NICKEL INK AND ELECTRICALLY CONDUCTIVE FILM FORMED OF SAID NICKEL INK}

본건 발명은 니켈 잉크 및 그 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는, 예를 들면 잉크젯법 등으로 회로 형상 등을 그려 고착화시킴으로써 형성한 회로 표면의 거칠기를 작게 하는 것이 가능한 니켈 잉크에 관한 것이다.

최근 나노미터 오더의 입자지름의 금속 나노 입자를 이용한 회로패턴 형성 기술로서, 도전성 금속 잉크(금속 나노 입자를 함유하는 금속 잉크)를 잉크젯 인쇄 장치나 디스펜서 도포장치를 이용하여 각종 기판에 직접 묘화한 후, 소성함으로써 도체로서의 배선이나 전극을 얻는 수법이 많이 제안되어 있다.

이상 서술한 금속 나노 입자를 이용하여 다종다양한 기판에 저온소성에 의해 회로패턴을 형성하는 기술로서는 일본국 공개특허 2002-334618호 공보에 나타내는 기술이 제안되어 있다. 그리고, 도전성 금속 잉크를 사용하여 잉크젯 인쇄법을 이용해서 회로형성하는 기술로서는 일본국 공개특허 2002-324966호 공보에 공개되어 있다.

이 잉크젯 방식 등으로 도전성 금속 잉크를 기판에 직접 인쇄하는 수법은 종래 일반적으로 보급되어 온 포토리소그래피법을 이용한 회로패턴 형성 기술과 비교하여, 공정수도 적고 또 공정에서 배출되는 폐기물량도 적기 때문에, 생산 코스트를 현저하게 삭감할 수 있는 기술로서 주목을 모으고 있다. 이 종래법으로서, 예를 들면 각종 기판상에 회로패턴을 형성하는 방법으로서 일본국 공개특허 평9-246688호 공보에 개시되어 있는 바와 같은 포토리소그래피법이 있었다.

이상 서술한 바와 같은 포토리소그래피법으로부터 잉크젯 인쇄법, 디스펜서 도포법으로의 기술진보가 일어나 기판상에서의 회로형성을 보다 간편하고 저렴하게 할 수 있게 되었다.

그러나 이러한 잉크젯 인쇄법, 디스펜서 도포법에 의한 도전성 잉크를 이용한 회로형성 기술은 널리 일반적으로 보급된 기술로는 되어 있지 않다. 이 원인으로서는 다음과 같은 (i)~ (ii)와 같은 이유를 주로 들 수 있다.

(i)형성한 도체막의 특성으로서, 각종 기판에 대한 밀착성이 부족하기 때문에 애초부터 회로 기판으로서의 기본적 특성을 만족할 수 없다.

(ii)형성한 도체막의 특성으로서, 도체 표면의 평활성이 얻어지지 않는다. 보통, 회로는 기재층을 포함한 적층구조체이기 때문에 도체막 표면의 평활성이 충분하지 않으면 여러 의미에서 이용 분야가 제한된다. 예를 들면 그 거친 도체막의 표면에 이종 성분층을 형성하려고 해도, 밑에 있는 도체막 표면의 거칠기의 영향을 받으므로 이종 성분층은 양호한 막두께 균일성을 유지할 수 없게 되는 등의 문제가 생긴다.

상술한 (i)의 문제점은, 도전성 잉크를 구성하는 분산매측의 특성이 크게 기여하는 것이다. 즉, 가열에 의해 소결, 고화시켜 도체막을 형성했을 때의 기재와의 밀착성은 분산매 속에 포함되는 바인더 성분과 기재와의 화학적 반응에 의존한다고 생각하기 때문이다. 그리고, (ii)의 문제점은 도전성 잉크를 구성하는 금속분(금속입자)과 분산매와의 쌍방의 특성이 기여하는 것이라고 생각한다. 즉, 금속입자 자체가 거칠면 애초부터 매끄러운 표면을 가지는 도체막의 형성이 불가능한 것은 명확하다. 이에 더해, 소성가공할 때에, 분산매가 기화하고 도체막의 내부로부터 기산(氣散)할 때의 가스 발생 등이 현저하고 심해지면, 도체 표면의 거칠기도 매끄럽게 할 수 없게 된다.

이상으로부터, 도전성 잉크를 사용해서 형성하는 도체막에 대한 요구로서 각종 기판과의 밀착성이 우수하고 그 도체막의 표면이 가능한 한 매끄러운 것이 요구되어 왔다. 특히, 니켈 잉크를 사용해서 형성하는 도체막의 경우에는, 그 응용 분야에서 평균 표면 거칠기(Ra)가 10nm 이하, 최대 표면 거칠기(Rmax)가 200nm 이하인 것이 요구되어 왔다.

도 1은 실시예 1에서 얻어진 도전막의 표면상태를 나타내는 주사형 전자현미경 관찰상이다.

도 2는 비교예 2에서 얻어진 도전막의 표면상태를 나타내는 주사형 전자현미경 관찰상이다.

그래서, 상기 목적을 달성하기 위해서 나노 니켈 입자를 사용하는 것을 전제로 하여 본건 발명자들이 예의 검토를 행한 결과, 이하 구성의 니켈 잉크를 채용함으로써, 형성한 도체막은 각종 기재와의 양호한 밀착성이 얻어지고, 전기적으로 낮은 도체저항을 보이고, 평균 표면 거칠기(Ra)가 10nm 이하, 최대 표면 거칠기(Rmax)가 200nm 이하의 매끄러운 도체막이 되는 것이다.

본건 발명에 따른 니켈 잉크는 분산매에 니켈 입자를 분산시킨 니켈 잉크로서, 상기 분산매는 상압에서의 비점이 300℃ 이하인 알코올류, 글리콜류로 이루어지는 군에서 선택한 1종 또는 2종 이상을 조합한 것이며, 상기 니켈 입자는 그 구성 입자의 평균 일차 입자지름이 50nm 이하인 것을 사용한 점에 특징을 가진다.

그리고, 본건 발명에 따른 니켈 잉크에 포함시키는 니켈 입자는 도체 표면의 평활성을 얻기 위해서 그 구성 입자의 평균 일차 입자지름이 10nm~30nm인 것이 보다 바람직하다.

또, 본건 발명에 따른 니켈 잉크는 실란 커플링제, 티탄 커플링제, 지르코니아 커플링제, 알루미늄 커플링제로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 추가로 포함하는 것이 바람직하다. 이들 커플링제는 하층 기재에 의해 적절히 선정하여 사용한다.

그리고, 본건 발명에 따른 니켈 잉크는 표면장력이 15mN/m~50mN/m의 범위로 조정되어 있는 것이 바람직하다.

본건 발명에 따른 니켈 잉크는 25℃에 있어서의 점도가 60cP 이하로 조정되어 있는 것이 바람직하다.

그리고, 이상 서술한 본건 발명에 따른 니켈 잉크를 사용하여, 각종 기판상에 소성하여 형성한 도체막은 그 평균 표면 거칠기(Ra)가 10nm 이하, 최대 표면 거칠기(Rmax)가 200nm 이하로 하는 것이 가능해진다.

<본건 발명에 따른 니켈 잉크>

상술한 바와 같이 본건 발명에 따른 도전성 잉크는 분산매에 니켈 입자를 분산시킨 니켈 잉크로서, 상기 분산매는 상압에서의 비점이 300℃ 이하인 알코올류, 글리콜류로 이루어지는 군에서 선택한 1종 또는 2종 이상을 조합한 것이며, 상기 니켈 입자는 그 구성 입자의 평균 일차 입자지름이 50nm 이하인 것을 사용한 점에 특징을 가진다. 이 기본조성으로부터 명확해지는 바와 같이, 이 니켈 잉크는 여기서 사용하는 니켈 입자와 분산매에 특징을 가진다. 또한, 이 니켈 잉크를, 회로형성을 목적으로 하는 기판표면에 인쇄할 때, 그 인쇄 수법에 따라 표면장력이나 점도를 조정함으로써 각 인쇄법에 있어서의 인쇄 정밀도를 용이하게 조정할 수 있는 것에 특징을 가진다. 또, 필요에 따라, 니켈 잉크에 커플링제를 첨가함으로써, 기판의 재질과의 밀착성을 조정할 수 있는 것에 특징을 가진다.

또, 다른 관점에서, 본건 발명에 따른 니켈 잉크의 특징을 파악하면, 최근의 도전성 잉크는, 그 다기능화를 도모하기 위해서, 분산매의 조성으로서 기타 많은 조성물을 첨가하는 경향이 있다. 이에 반해 본건 발명에 따른 니켈 잉크는 매우 단순화한 조성의 분산매를 사용하여 전체적 구성을 단순화하고 있기 때문에, 니켈 잉크의 인쇄 수법에 따라 또 니켈 도체를 형성하는 기판 재질에 따라 적절히 첨가제를 선택할 수 있기 때문에, 상기 과제를 해결하였다는 점에도 특징을 가진다.

본건 발명에 따른 니켈 잉크에서 사용하는 니켈 입자:

여기서 말하는 니켈 입자는 평균 일차 입자지름이 50nm 이하인 것을 사용한다. 이러한 니켈 입자를 사용하는 것은 형성한 도체막의 평균 표면 거칠기(Ra)를 10nm 이하, 최대 표면 거칠기(Rmax)를 200nm 이하로 하기 위해서이다. 그리고, 이 니켈 입자는 이하와 같은 분체 특성을 구비하는 것이 바람직하다.

먼저, 잉크젯 방식 등에서의 사용을 고려하면, 니켈 입자의 평균 일차 입자지름이 600nm 이하인 것이 바람직하다. 평균 일차 입자지름이 600nm를 넘으면, 극단적으로 잉크젯 노즐에 도전성 잉크가 막히기 쉬워져 연속 인쇄가 곤란해진다. 설령 인쇄가 가능하였다 해도, 형성되는 배선이나 전극의 막두께가 너무 두꺼워지므로 목적으로 하는 미세 배선으로 되지 않는다. 그러나 이 조건만으로는 형성한 도체막의 표면 거칠기를 원하는 수준에까지 매끄럽게 할 수는 없다.

즉, 형성한 도체막의 표면 거칠기를 낮게 하기 위해서는 적정한 일차 입자지름을 가지는 미립 니켈 입자를 적절히 선택 사용하게 된다. 즉, 니켈 입자의 평균 일차 입자지름이 50nm 이하일 필요가 있다. 또한, 형성한 도체막의 표면 거칠기(Ra)를 10nm 이하로 하여 평활한 표면을 얻기 위해서는, 니켈 입자의 평균 일차 입자지름이 3nm~50nm의 범위, 특히 3nm~30nm의 범위인 것이 바람직하다. 여기서, 입자의 평균 일차 입자지름의 바람직한 하한값을 3nm로 하고 있는 이유는, 현단계에서는 입자분산성이 우수한 제품을 얻기 위한 제조법이 확립되어 있지 않은 것이 실정이기 때문이다. 따라서, 입자분산성이 우수한 미립(微粒)의 니켈 입자의 제법이 확립되어 있다면, 입자의 평균 일차 입자지름의 하한값은 3nm보다 작아도 된다. 한편, 평균 일차 입자지름이 50nm를 넘으면, 목적으로 하는 도체막의 표면 거칠기를 얻을 수 없게 되어 적합하지 않게 된다. 경향으로서, 니켈 입자의 일차 입자지름이 작을수록 도체 표면의 평활성 지표인 Ra가 낮은 값이 된다. 본건 발명에 있어서 평균 일차 입자지름이란, 주사형 전자현미경으로 관찰했을 때의, 1시야중에 포함된 최저 200개의 입자의 입자지름을 관찰하여 이들을 적산하여 평균함으로써 구해지는 입자지름을 의미한다. 입자의 형상이 구상(球狀)일 경우에는, 입자지름이란 직경을 의미한다. 입자의 형상이 침상(針狀)일 경우에는, 입자지름이란 단축의 길이를 의미한다. 입자의 형상이 판상일 경우에는, 입자지름이란 두께방향의 길이를 의미한다. 입자의 형상이 부정형일 경우에는, 입자지름이란 그 입자 중 가장 짧은 부분의 길이를 의미한다.

니켈 입자의 평균 일차 입자지름이 작은 것은 미세한 입자라는 근거가 되지만, 미립이어도 도전성 잉크 중의 입자끼리의 응집이 진행하여 ２차 구조체로서의 입자지름이 커지면, 역시 도체 표면의 평활성이 악화된다. 따라서, 도체 표면의 평균 거칠기(Ra)가 10nm 이하가 되는 범위를 실험적으로 확인한 바, 도전성 잉크 중의 니켈 입자의 ２차 구조체로서의 응집입자의 최대 입자지름을 0.45㎛ 이하로 하면, 거의 확실하게 도체 표면의 거칠기를, 평균 표면 거칠기(Ra)를 10nm 이하, 최대 표면 거칠기(Rmax)를 200nm 이하로 할 수 있다. 또한, 이 응집입자의 최대 입자지름이 0.45㎛ 이하이면, 인쇄방법에 잉크젯을 이용할 때 거의 확실하게 잉크젯 노즐의 막힘도 방지할 수 있다. 응집입자의 최대 입자지름을 0.45㎛ 이하로 하기 위해서는, 예를 들면 잉크 조제공정에 있어서 구멍지름 0.45㎛의 멤브레인 필터를 이용해서 굵은 입자를 제거하면 된다. 따라서, 여기서 말하는 응집입자의 최대 입자지름이란 상기 응집입자의 입자지름의 실측값이 아니고, 멤브레인 필터의 구멍지름이다.

또, 본건 발명에 따른 니켈 잉크에 포함시키는 니켈 입자의 입자의 형태는 입자형상이 구형상인 경우를 상정하고 있다. 그리고, 니켈 잉크로서의 시간흐름에 따른 변화가 커지거나, 소결 특성이 열화하거나, 형성한 도체막의 저항 상승을 초래하는 등의 저해 요인이 되지 않는 한 올레산이나 스테아르산 등으로 표면처리한 니켈 입자의 선택 사용이 가능하다.

니켈 입자의 조제법에 특별히 제한은 없다. 예를 들면 니켈염, 폴리올 및 귀금속 촉매를 포함하는 반응액을 반응 온도까지 가열하고, 상기 반응 온도를 유지하면서 상기 반응액 중의 니켈 이온을 환원하고, 이어서 유기용매로 치환함으로써 니켈 입자를 포함하는 슬러리를 얻을 수 있다.

니켈염으로서는, 예를 들면 수산화 니켈, 황산 니켈, 염화 니켈, 브롬화 니켈, 아세트산 니켈 등이 사용된다. 니켈염의 농도는 반응액 중에 있어서 니켈 환산으로 1g/1~100g/1인 것이 바람직하다.

폴리올은 반응액 중의 니켈 이온을 환원시키기 위해서 사용된다. 폴리올로서는, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 테트라에틸렌글리콜, 1,2-프로판디올, 디프로필렌글리콜, 1,2-부탄디올, 1,3-부탄디올, 1,4-부탄디올, 2,3-부탄디올, 1,5-펜탄디올 등을 들 수 있다. 반응액 중에 있어서의 폴리올의 농도는 니켈에 대하여 11당량~1100당량인 것이 바람직하다.

귀금속 촉매는 폴리올에 의한 니켈 이온의 환원을 촉진시키기 위해서 사용된다. 귀금속 촉매로서는, 예를 들면 염화 팔라듐, 질산 팔라듐, 아세트산 팔라듐, 염화암모늄팔라듐 등의 팔라듐 화합물, 질산은, 젖산은, 산화은, 황산은, 시클로헥산은, 아세트산은 등의 은 화합물, 염화 백금산, 염화 백금산 칼륨, 염화 백금산 나트륨 등의 백금 화합물, 염화 금산, 염화 금산 나트륨 등의 금 화합물을 들 수 있다. 반응액 중에 있어서의 귀금속 촉매의 양은, 니켈 이온의 환원 속도에 영향을 미친다. 환원 속도가 느린 경우에는 니켈 입자가 조대화(粗大化)하는 경향이 된다. 환원 속도가 빠른 경우에는 니켈 입자의 입자지름에 불균일이 생기기 쉽다. 이러한 관점에서, 반응액 중에 있어서의 귀금속 촉매의 양은 0.01mg/1~0.5mg/1인 것이 바람직하다.

반응액은 예를 들면 물에 니켈염, 폴리올 및 귀금속 촉매를 투입하고 교반 혼합함으로써 조제할 수 있다. 귀금속 촉매가 예를 들어 질산 팔라듐과 같이 수용액으로서 존재하는 경우에는, 니켈염, 폴리올 및 귀금속 촉매를 물 없이 혼합하는 것만으로 조제할 수 있다.

조제된 반응액에는 아미노산이 첨가되는 것이 바람직하다. 이 첨가에 의해 일차 입자지름이 작은 니켈 입자를 용이하게 얻을 수 있다. 아미노산으로서는, 비점 또는 분해점이 반응 온도 이상이며 또한 폴리올 중에서 니켈 및 귀금속 촉매와 착체를 형성하는 것이 바람직하게 사용된다. 예를 들면 L-알기닌이나 L-시스틴이 바람직하게 사용된다. 아미노산의 첨가량은 반응액 중의 니켈에 대하여 0.01중량%~20중량%인 것이 바람직하다.

반응액은 니켈 이온의 환원이 일어나는 반응 온도까지 가열되어 그 온도가 유지된 상태로 니켈 이온의 환원을 행한다. 이것에 의해 니켈 입자가 생성된다. 반응 온도는 150℃~210℃인 것이 바람직하다. 반응 시간은 보통 1시간~20시간이다.

니켈 입자가 생성된 반응액은 유기용매로 치환되고 그로 인해 니켈 슬러리가 얻어진다. 유기용매로서는 예를 들면 테르피네올, 디히드로테르피네올 등의 테르펜류나, 에틸렌글리콜 등의 글리콜류, 옥탄올, 데칸올 등의 알코올이 사용된다.

상술한 방법으로 니켈 입자를 조제하는 대신에, 니켈 입자로서 시판품을 사용할 수도 있다. 예를 들면 본 출원인이 시판하고 있는 나노 니켈 입자인 NN-20(상품명)을 사용할 수도 있다. 그 이외에도, 예를 들면 이하의 (가) 내지 (바)의 방법에 의해 니켈 입자를 제조할 수 있다.

(가)니켈 화합물 분말을 환원성 가스로 환원하는 건식환원법(일본국 공개특허 2004-323887호 공보 참조)

(나)니켈염 용액 혹은 니켈 화합물 슬러리를 아민이나 히드라진 등의 환원성 화합물로 환원하는 습식환원법(일본국 공개특허 2004-124237호 공보 및 일본국 공개특허 2005-82818호 공보 참조),

(다)니켈염을 포함하는 환원성 용매에 마이크로파를 조사해서 환원시키는 마이크로파 가열법(일본국 공개특허 2000-256707호 공보 참조)

(라)니켈염 용액을 미세한 방울로 하고, 가열해서 열분해시키는 분무분해법(일본국 공개특허 평11-124602호 공보 참조)

(마)가열 증발시킨 니켈염을 환원성 가스로 환원하는 화학기상증착법(일본국 공개특허 2005-240075호 공보 참조)

(바) 플라즈마로 용융 증발시킨 니켈을 냉각해서 미분(微粉)으로 하는 물리기상증착법(일본국 공개특허 2005-307229호 공보 참조)

니켈 잉크 중의 니켈 입자의 농도는 바람직하게는 2~76중량%, 더욱 바람직하게는 5~76중량%, 한층 바람직하게는 5~60중량%이다.

니켈 잉크의 분산매:

본건 발명에 따른 도전성 잉크에 있어서의 분산매는, 후술하는 바와 같이 주(主)용제, 표면장력 조정제 및 점도 조정제 등으로서의 작용을 가지는 것이 사용된다. 분산매의 종류에 따라서는, 주용제, 표면장력 조정제 및 점도 조정제로서 각각 별개의 화합물이 사용되는 것도 있으면, 어떤 화합물이 2 이상의 작용을 가지는 경우에는 2종 또는 1종의 화합물을 사용하면 충분한 것도 있다. 어느 경우라도 잉크 중에 있어서의 주용제, 표면장력 조정제 및 점도 조정제의 합계의 비율, 즉 잉크 중에 있어서의 분산매의 비율은 20~95중량%, 특히 60~95중량%인 것이 바람직하다.

분산매 중 주용제로서는 유기용제가 적합하게 사용된다. 구체적으로는, 상압에서의 비점이 300℃ 이하인 알코올류, 글리콜류로 이루어지는 군에서 선택한 1종 또는 2종 이상을 조합한 것이 사용된다. 주용제란, 분산매가 2종 이상의 유기용제로 이루어지는 경우, 반드시 비율이 가장 높은 유기용제를 의미하는 것은 아니다. 또한, 분산매로서는 물을 사용하지 않는 것이 바람직하다. 또한, 이것은 본 발명의 잉크가 물을 함유하지 않는 것을 의미하는 것은 아니다.

여기서, 「상압에서의 비점이 300℃ 이하」라는 한정을 한 것은, 비점이 300℃를 넘는 온도영역에서는 환원 소성공정에 있어서 전극을 형성시킬 때, 고온에서 용매가 가스화하고 이 가스가 전극내에 미소한 크랙이나 공극을 발생시키기 때문에 치밀한 전극을 형성할 수 없을 뿐만 아니라, 결과적으로 도전막의 치밀화를 할 수 없기 때문에, 각종 기재와의 높은 밀착 강도를 발휘할 수 없을 뿐만 아니라 도전막의 전기저항도 상승하기 때문이다.

주용제로서, 알코올류를 사용하는데 있어서는, 1-프로판올, 1-부탄올, 1-펜탄올, 1-헥산올, 시클로헥산올, 1-헵탄올, 1-옥탄올, 1-노난올, 1-데칸올, 글리시돌, 벤질알코올, 메틸시클로헥산올, 2-메틸1-부탄올, 3-메틸-2-부탄올, 4-메틸-2-펜탄올, 이소프로필알코올, 2-에틸부탄올, 2-에틸헥산올, 2-옥탄올, 테르피네올, 디히드로테르피네올, 2-메톡시에탄올, 2-에톡시에탄올, 2-프로폭시에탄올, 2-n-부톡시에탄올, 2-페녹시에탄올, 카르비톨, 에틸카르비톨, n-부틸카르비톨, 디아세톤알코올, 디메틸카르비톨, 디에틸카르비톨에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 조합하여 사용하는 것이 바람직하다. 그 중에서도, 상압에서의 비점이 80℃ 이상 300℃ 이하이면서 또한 실온의 상압하에서 기화하기 어려운 것이 좋다. 구체적으로는 1-부탄올, 1-옥탄올, 테르피네올, 디히드로테르피네올, 2-메톡시에탄올, 2-에톡시에탄올, 2-n-부톡시에탄올, 디아세톤알코올을 사용하는 것이 보다 바람직하다.

주용제로서, 글리콜류를 사용하는데 있어서는, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 테트라에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 트리메틸렌글리콜, 디프로필렌글리콜, 트리프로필렌글리콜, 1,2-부틸렌글리콜, 1,3-부틸렌글리콜, 1,4-부틸렌글리콜, 펜타메틸렌글리콜, 헥실렌글리콜에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 조합하여 사용하는 것이 바람직하다. 그 중에서도 상온에서의 점도가 100cP 이하인 것이 좋다. 구체적으로는 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 1,4-부틸렌글리콜, 디프로필렌글리콜을 사용하는 것이 바람직하다. 점도가 지나치게 높은 경우, 본 발명의 잉크를 예를 들어 잉크젯용 잉크로서 사용한 경우에, 잉크젯에 적합한 점도 조정이 곤란해지는 일이 있기 때문이다.

주용제는 본 발명의 잉크 중에 바람직하게는 6~90중량%, 더욱 바람직하게는 30~90중량%, 한층 바람직하게는 30~80중량% 배합된다.

본 발명의 잉크에는, 분산매로서, 상술한 주용제에 더해서 다른 유기용제를 함유시킬 수 있다. 다른 유기용제는, 주로 표면장력 조정제나 점도 조정제로서의 작용을 가진다. 표면장력 조정제나 점도 조정제로서의 작용을 가지는 유기용제를 잉크 중에 함유시킴으로써 본 발명의 잉크의 표면장력 및 점도가 잉크젯 인쇄방식에 적절한 범위로 된다. 표면장력 조정제나 점도 조정제로서 사용되는 유기용제는 주용제와 상용성이 있는 것이 바람직하다. 표면장력 조정제나 점도 조정제의 상세에 대해서는 후술한다.

니켈 잉크의 평탄성 및 밀착성 향상제:

본건 발명에 따른 니켈 잉크는, 실란 커플링제, 티탄 커플링제, 지르코니아 커플링제, 알루미늄 커플링제로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 커플링제들은 본건 발명에 따른 니켈 잉크를 각종 기판에 도포해서 도체막을 형성한 경우에, 상기 도체막의 평탄성을 향상시키고 또 상기 도체막과 기판과의 밀착성을 향상시키는 작용을 가진다.

상기의 각종 커플링제는 상기 군에서 선택한 1종의 성분을 사용하는 경우뿐만 아니라 2종 이상을 조합하여 사용하는 것이 가능하다. 즉, 복수 종의 성분을 함유시킴으로써, 회로 등의 형성을 행하는 기판 성질에 맞춘 밀착성, 형성한 회로 표면의 거칠기의 제어가 가능해지는 것이다.

상기의 각종 커플링제는 잉크 중에 포함되는 니켈 입자의 배합량과의 관계로 배합량이 결정된다. 구체적으로는 커플링제/니켈 입자의 중량비가 0.05~0.6, 특히 0.1~0.4가 되도록 커플링제가 배합되는 것이 바람직하다. 또, 잉크 전체에 대한 커플링제와 니켈 입자와의 합계 비율이 5~80중량%, 특히 5~40중량%가 되도록 이러한 성분들이 배합되는 것도 바람직하다. 커플링제의 배합량을 이 범위로 함으로써, 본건 발명에 따른 잉크를 소성하여 형성되는 도체막과 기판과의 밀착성이 충분히 높아지고, 또 상기 도체막의 표면 평활성이 충분히 높아진다. 게다가, 상기 도체막의 도전성이 충분히 높아진다. 니켈 입자에 대한 커플링제의 중량비는 상술한 대로이지만, 잉크 중에서의 커플링제 그 자체의 농도는 상기의 중량비를 만족하는 것을 조건으로 하여, 0.2~60중량%, 특히 1~60중량%, 특별히 1~48중량%인 것이 바람직하다.

여기서 말하는 실란 커플링제로서는, 비닐트리클로로실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 2-(3,4에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필메틸디에톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란, p-스티릴트리메톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필메틸디메톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필메틸디에톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필트리에톡시실란, 3-아크릴옥시프로필트리메톡시실란, N-2(아미노에틸)3-아미노프로필메틸디메톡시실란, N-2(아미노에틸)3-아미노프로필트리메톡시실란, N-2(아미노에틸)3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-아미노트리에톡시실란, 3-트리에톡시실릴-N-(1,3-디메틸-부틸리덴)프로필아민, N-페닐-3-아미노프로필트리메톡시실란, N-(비닐벤질)-2-아미노에틸-3-아미노프로필트리메톡시실란염산염, 3-우레이도프로필트리에톡시실란, 3-클로로프로필트리메톡시실란, 3-메르캅토프로필메틸디메톡시실란, 3-메르캅토프로필트리메톡시실란, 비스(트리에톡시실릴프로필)테트라술피드, 3-이소시아네이트프로필트리에톡시실란, 테트라메톡시실란, 테트라에톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 디메틸트리에톡시실란, 페닐트리에톡시실란, 헥사메틸디실라잔, 헥실트리메톡시실란, 데실트리메톡시실란의 어느 것을 사용하는 것이 바람직하다. 그 중에서도, 기판에의 밀착성의 안정화를 도모한다는 관점에서, 안정된 성능을 발휘하는 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 디메틸트리에톡시실란 등을 사용하는 것이 바람직하다. 또 상기의 실란 커플링제는 복수의 커플링제가 실록산 결합에 의해 중합한 상태로 되어 있는 올리고머나 실리콘의 상태이어도 된다.

여기서 말하는 티탄 커플링제로서는, 테트라이소프로필티타네이트, 테트라 n-부틸티타네이트, 부틸티타네이트다이머, 테트라(2-에틸헥실)티타네이트, 테트라메틸티타네이트, 티탄아세틸아세토네이트, 티탄테트라아세틸아세토네이트, 티탄에틸아세토아세테이트, 티탄옥탄디올레이트, 티탄락테이트, 티탄트리에탄올아미네이트, 폴리히드록시티탄스테아레이트의 어느 것을 사용하는 것이 바람직하다. 그 중에서도, 기판에의 밀착성의 안정화를 도모한다는 관점에서, 안정된 성능을 발휘하는 테트라이소프로필티타네이트, 테트라 n-부틸티타네이트, 티탄락테이트 등을 사용하는 것이 바람직하다.

여기서 말하는 지르코늄 커플링제로서는, 지르코늄 n-프로필레이트, 지르코늄 n-부틸레이트, 지르코늄테트라아세틸아세토네이트, 지르코늄모노아세틸아세토네이트, 지르코늄비스아세틸아세토네이트, 지르코늄모노에틸아세토아세테이트, 지르코늄아세틸아세토네이트비스에틸아세토아세테이트, 지르코늄아세테이트, 지르코늄모노스테아레이트의 어느 것을 사용하는 것이 바람직하다. 그 중에서도, 기판에의 밀착성의 안정화를 도모한다는 관점에서, 안정된 성능을 발휘하는 지르코늄 n-프로필레이트, 지르코늄 n-부틸레이트, 지르코늄테트라아세틸아세토네이트, 지르코늄모노아세틸아세토네이트, 지르코늄비스아세틸아세토네이트, 지르코늄모노에틸아세토아세테이트, 지르코늄아세틸아세토네이트비스에틸아세토아세테이트, 지르코늄 아세테이트를 사용하는 것이 바람직하다.

여기서 말하는 알루미늄 커플링제로서는, 알루미늄이소프로필레이트, 모노 sec-부톡시알루미늄디이소프로필레이트, 알루미늄 sec-부틸레이트, 알루미늄에틸레이트, 에틸아세토아세테이트알루미늄디이소프로필레이트, 알루미늄트리스(에틸아세토아세테이트), 알킬아세토아세테이트알루미늄디이소프로필레이트, 알루미늄모노아세틸아세토네이트비스(에틸아세토아세테이트), 알루미늄트리스(아세틸아세토네이트), 알루미늄모노이소프로폭시모노올레옥시에틸아세토아세테이트, 환상 알루미늄옥사이드이소프로필레이트, 환상 알루미늄옥사이드옥틸레이트, 환상 알루미늄옥사이드스테아레이트의 어느 것을 사용하는 것이 바람직하다. 그 중에서도, 기판에의 밀착성의 안정화를 도모한다는 관점에서, 안정된 성능을 발휘하는 에틸아세토아세테이트알루미늄디이소프로필레이트, 알루미늄트리스(에틸아세토아세테이트), 알킬아세토아세테이트알루미늄디이소프로필레이트, 알루미늄모노아세틸아세토네이트비스(에틸아세토아세테이트), 알루미늄트리스(아세틸아세토네이트)을 사용하는 것이 바람직하다.

니켈 잉크의 표면장력:

이하에 서술하는 본건 발명에 따른 니켈 잉크는, 그 표면장력이 25℃에 있어서 15mN/m~50mN/m, 특히 20mN/m~40mN/m로 조정되어 있는 것이 바람직하다. 표면장력이 이 범위로 조정되어 있음으로써, 본건 발명에 따른 니켈 잉크를 예를 들어 잉크젯법, 디스펜서법에 사용한 때라도 회로형성 등이 용이한 것이 된다. 니켈 잉크의 표면장력이 상기 범위를 일탈하면 특히 잉크젯 인쇄에서는 노즐로부터의 니켈 잉크의 토출이 불가능해지는 경우가 있다. 설령 노즐로부터 토출을 할 수 있었다고 해도, 목적하는 인쇄 위치로부터 어긋남이 생기거나 연속적인 인쇄가 불가능해지는 등의 현상이 발생하는 일도 있다. 따라서, 본건 발명에서는 니켈 잉크의 표면장력을 잉크젯법을 사용하는데 적합한 상기 범위내로 조정함으로써, 잉크젯 장치를 사용한 미세회로 배선 등의 형성을 가능하게 하는 것이다.

표면장력의 조정:

잉크의 표면장력을 조정하기 위해서는, 예를 들면 25℃에 있어서의 표면장력이 20mN/m~45mN/m인 첨가제(이하, 표면장력 조정제라고 한다)를 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 표면장력을 갖춘 표면장력 조정제를 사용함으로써, 잉크젯 인쇄법이나 디스펜서 인쇄법을 포함하는 각종 인쇄법에서의 사용에 적합한 잉크의 표면장력 조정이 가장 용이해져 미세한 배선 회로의 형성이 가능해지는 것이다. 표면장력 조정제로서는, 상압에서의 비점이 100℃~300℃인 알코올류, 글리콜류, 에테르류 또는 케톤류이면서 또한 25℃에 있어서의 표면장력이 20mN/m~45mN/m인 1종 또는 2종 이상을 조합한 것을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 사용하는 표면장력 조정제의 종류에 따라서는, 먼저 설명한 주용제가 표면장력의 조정을 겸하는 경우가 있다. 그러한 경우에는, 주용제와는 별도로 표면장력 조정제를 배합할 필요는 없다. 또한, 뒤에 서술하는 점도 조정제의 종류에 따라서는 상기 점도 조정제가 표면장력의 조정을 겸하는 경우도 있다. 그러한 경우에도, 점도 조정제와는 별도로 표면장력 조정제를 배합할 필요는 없다.

25℃에 있어서의 표면장력이 20mN/m~45mN/m인 알코올 등으로서는, 예를 들면 1-부탄올, 1-펜탄올, 1-헥산올, 1-옥탄올, 4-메틸-2-펜탄올, 2-메톡시에탄올, 2-에톡시에탄올, 2-프로폭시에탄올, 2-n-부톡시에탄올, 메틸카르비톨, 에틸카르비톨, 디메틸카르비톨, 디에틸카르비톨, n-부틸카르비톨 등을 들 수 있다. 25℃에 있어서의 표면장력이 20mN/m~45mN/m인 글리콜 등으로서는, 프로필렌글리콜, 디프로필렌글리콜을 들 수 있다. 또, 에테르 등으로서는, 1,4-디옥산, γ-부티로락톤, 디-n-부틸에테르를 들 수 있다. 25℃에 있어서의 표면장력이 20mN/m~45mN/m인 케톤 등으로서는, 아세틸아세톤, 디아세톤알코올, 2-헵탄온 등을 들 수 있다. 본건 발명에서는 표면장력 조정제 중 2-n-부톡시에탄올이나 2-에톡시에탄올을 사용하는 것이 니켈 잉크로서의 장기간의 품질안정성을 유지한다고 하는 관점에서 바람직하다.

표면장력 조정제는, 주용제의 배합량과의 관계로 배합량이 결정된다. 구체적으로는 표면장력 조정제/주용제의 중량비가 0.1~1.2, 특히 0.1~0.5가 되도록 배합되는 것이 바람직하다. 표면장력 조정제 잉크 중에서의 그 자체의 농도는 상기의 중량비를 만족하는 것을 조건으로 하여, 바람직하게는 0.8~80중량%, 더욱 바람직하게는 4~80중량%, 한층 바람직하게는 5~50중량%이다. 표면장력 조정제의 양이 0.8중량% 미만인 경우에는, 표면장력의 조정을 효과적으로 행할 수 없는 경우가 있다. 또, 표면장력 조정제의 양을 80중량%를 초과해 첨가하면, 표면장력 조정제를 첨가하는 전후에서 니켈 잉크 중에 함유되는 니켈 입자의 분산 형태가 크게 변화되고, 결과적으로 니켈 입자가 응집을 시작하여 니켈 잉크에서 가장 중요한 니켈 입자의 균일분산이 저해되어 버리는 경우가 있다.

니켈 잉크의 점도:

본건 발명에서는, 인쇄 수법에 맞추어 적절히 니켈 잉크의 점도를 조정하는 것이 가능하다. 특히 니켈 잉크의 점도가 인쇄 정밀도를 좌우하는 잉크젯법이나 디스펜서법에 있어서도 회로형성 등이 더욱 용이한 것이 되도록, 니켈 잉크의 25℃에 있어서의 점도가 60cP 이하, 특히 30cP 이하로 조정되어 있는 것이 바람직하다. 점도의 하한값에 특별히 제한은 없다. 이 이유는 니켈 잉크가 회로형성에 사용되는 장소와 목적이 다르고, 원하는 배선, 전극 사이즈 및 그 형상이 다르기 때문이다. 25℃에 있어서의 점도가 60cP를 넘는 경우, 잉크젯법이나 디스펜서법을 이용하여, 미세한 배선이나 전극을 형성하려고 해도, 노즐로부터 니켈 잉크를 토출하는 에너지 이상으로 니켈 잉크의 점도가 높기 때문에 안정적으로 노즐로부터 니켈 잉크 방울을 토출하는 것이 곤란한 경우가 있다. 25℃에 있어서의 점도가 60cP 이하인 경우, 잉크젯법이나 디스펜서법에서의 미세한 배선이나 전극의 형성이 가능해지는 것이 본 발명자의 실험에 의해 확인되어 있다.

점도의 조정:

잉크의 점도를 조정하기 위해서는, 예를 들면 상압에서의 비점이 100℃~300℃인 알코올류, 테르펜류, 에테르류, 케톤류로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 조합한 첨가제(이하, 점도 조정제라고 한다)를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 사용하는 점도 조정제의 종류에 따라서는, 앞서 설명한 주용제가 점도의 조정을 겸하는 경우가 있다. 그러한 경우에는 주용제와는 별도로 점도 조정제를 배합할 필요는 없다. 또한, 앞서 서술한 표면장력 조정제의 종류에 따라서는 상기 표면장력 조정제가 점도의 조정을 겸하는 경우도 있다. 그러한 경우에도, 표면장력 조정제와는 별도로 점도 조정제를 배합할 필요는 없다.

상압에서의 비점이 100℃~300℃인 알코올 등으로서는, 예를 들면 1-펜탄올, 2-펜탄올, 2-메틸-2-부탄올, 3-메틸-1-부탄올, 이소부틸알코올, 운데칸올, 2-에틸부탄올, 2-에틸헥산올, 2-옥탄올, 1-옥탄올, 글리시돌, 시클로헥산올, 3,5-디메틸-1-헥신-3-올, 1-데칸올, 테트라히드로퍼퓨릴알코올, 테르피네올, 네오펜틸알코올, 1-노난올, 1-부탄올, 퍼퓨릴알코올, 프로파르길알코올, 1-헥산올, 1-헵탄올, 2-헵탄올, 3-헵탄올, 벤질알코올, 3-펜탄올, 메틸시클로헥산올, 2-메틸-1-부탄올, 3-메틸-2-부탄올, 3-메틸-1-부틴-3-올, 4-메틸-2-펜탄올, 3-메틸-1-펜틴-3-올, 에틸렌글리콜, 에틸렌글리콜모노아세테이트, 2-이소프로폭시에탄올, 2-에톡시에탄올, 2-페녹시에탄올, 2-부톡시에탄올, 에틸렌글리콜모노헥실에테르, 2-메톡시에탄올, 2-클로로에탄올, 1,3-옥탄디올, 글리세린, 글리세린 1,3-디아세테이트, 글리세린디알킬에테르, 글리세린모노아세테이트, 글리세린클로로히드린, 3-클로로-1,2-프로판디올, 디에틸렌글리콜, 2-(2-클로로에톡시)에탄올, 2-(2-에톡시에톡시)에탄올, 부틸카르비톨, 메틸카르비톨, 시클로헥산디올, 디프로필렌글리콜, 디프로필렌글리콜모노에틸에테르, 디프로필렌글리콜모노부틸에테르, 디프로필렌글리콜모노프로필에테르, 디프로필렌글리콜모노메틸에테르, 테트라에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜모노에틸에테르, 트리에틸렌글리콜모노메틸에테르, 트리프로필렌글리콜, 트리프로필렌글리콜모노메틸에테르, 1,3프로판디올, 트리메틸올에탄, 트리메틸올프로판, 1,2-부탄디올, 1,3-부탄디올, 1,4-부탄디올, 1,4-부텐디올, 프로필렌글리콜, 1-에톡시-2-프로판올, 1-부톡시-2-프로판올, 1-메톡시-2-프로판올, 클로로프로판올, 헥실렌글리콜, 펜타에리스리톨, 1,5-펜탄디올, 폴리에틸렌글리콜, 2-메톡시메톡시에탄올 등을 들 수 있다.

상압에서의 비점이 100℃~300℃인 테르펜류로서는, 예를 들면 테르피네올, 디히드로테르피네올 등을 들 수 있다.

상압에서의 비점이 100℃~300℃인 에테르류로서는, 예를 들면 아니솔, 에틸이소아밀에테르, 에틸벤질에테르, 에피클로로히드린, 크레실메틸에테르, 이소펜틸에테르, 아세탈, 디옥산, 치네올, 페닐에테르, 부틸에테르, 벤질에테르, 트리옥산, 디클로로에틸에테르, 페네톨(phenetol), 부틸페닐에테르, 퍼퓨랄(furfural), 모노클로로디에틸에테르, 1,2-디에톡시에탄, 에틸렌글리콜디글리시딜에테르, 1,2-디부톡시에탄, 2-에톡시에틸-2-메톡시에틸에테르, 디에틸카르비톨, 디부틸카르비톨, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 트리에틸렌글리콜디메틸에테르, 트리글리콜디클로라이드, γ-부티로락톤 등을 들 수 있다.

상압에서의 비점이 100℃~300℃인 케톤류로서는, 예를 들면 아세틸아세톤, 아세토페논, 이소포론, 에틸부틸케톤, 디아세톤알코올, 디이소부틸케톤, 디이소프로필케톤, 3-펜탄온, 시클로헥산온, 4-헵탄온, 포론, 메틸옥사이드, 2-헵탄온, 메틸이소부틸케톤, 메틸시클로헥산온, 2-헥산온, 2-펜탄온, 2-옥탄온, 2-노난온 등을 들 수 있다.

이들 중 잉크의 품질안정성의 관점에서 특히 디옥산이나 γ-부티로락톤을 사용하는 것이 바람직하다.

점도 조정제는 주용제의 배합량과의 관계로 배합량이 결정된다. 구체적으로는 점도 조정제/주용제의 중량비가 0.1~1.2, 특히 0.5~1.2가 되도록 배합되는 것이 바람직하다. 잉크 중에서의 점도 조정제 그 자체의 농도는 상기의 중량비를 만족하는 것을 조건으로 하여, 바람직하게는 0.8~80중량%, 더욱 바람직하게는 4~80중량%, 한층 바람직하게는 4~50중량%로 한다.

<본건 발명에 따른 니켈 잉크의 제조방법>

이상 서술해 온 니켈 잉크의 제조방법에 대해서는 특별히 한정은 없다. 어떠한 방법을 채용해도 최종적으로 적어도 니켈 입자와 분산매가 균일하게 분산가능한 수법이면 된다. 그러나 입자분산성을 높이기 위해서, 니켈 잉크를 제조하는 전단계에서, 충분한 입자분산성을 향상시키는 분산처리를 다단계로 실시하는 것이 바람직하다.

구체적으로는, 우선 니켈 입자와 분산매를 혼합해서 모(母) 니켈 슬러리를 조제한다. 분산기를 이용해서 모 니켈 슬러리의 분산처리를 행한다. 이어서 멤브레인 필터 등의 여과재를 사용하여 니켈의 일차 입자의 응집입자를 제거한 후, 원심분리기를 이용해서 니켈 입자의 농도조정을 행한다. 이렇게 하여 얻어진 니켈 슬러리에 각종 첨가제를 배합하고 충분히 혼합한다. 이렇게 하여 목적으로 하는 니켈 잉크가 얻어진다.

이와 같이 하여 얻어진 잉크를 유리, 인듐·주석 산화물(ITO), 은, 구리, 실리콘 등의 각종 기재 위에 잉크젯 인쇄 방식이나 디스펜서 도포 방식에 의해 도포한다. 도포에 의해 형성된 도막을 바람직하게는 150~950℃, 더욱 바람직하게는 200~400℃에서 소성한다. 소성의 분위기에 특별히 제한은 없지만, 질소분위기하, 아르곤 분위기하, 수소-질소혼합 분위기하 등에 소성을 행하는 것이 바람직하다. 수소-질소혼합 분위기하에 소성을 행할 경우, 수소의 농도는 1~4용적% 정도인 것이 바람직하다. 어느 쪽 분위기를 이용하는 경우라도 소성시간은 0.5~2시간 정도로 하는 것이 바람직하다.

이상, 상술한 대로, 본건 발명에 따른 니켈 잉크는, 디스펜서 도포 방식이나 잉크젯 인쇄 방식을 채용하여 정확하면서도 미세한 배선이나 전극을 형성하는데 적합한 것이다. 그리고, 본건 발명에 따른 니켈 잉크는 각종 기판, 이종 원소로 형성한 회로 등에 대한 밀착성이 우수하다. 또, 본건 발명에 따른 니켈 잉크는 이것을 사용해서 형성하는 도체막의 표면을 매끄러운(평균 표면 거칠기(Ra)가 10nm 이하, 최대 표면 거칠기(Rmax)가 200nm 이하) 것으로 할 수 있다. 따라서, 상기 니켈 잉크는 유리, ITO, 은, 구리, 실리콘 등의 각종 기재 위에 박막 니켈 전극이나 배선을 형성하는 용도에 적합한 것이 된다.

실시예

이하, 실시예에 따라 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이러한 실시예에 제한되지 않는다.

[실시예 1]

이 실시예에서는 이하의 순서로 니켈 잉크를 조제하고, 그 니켈 잉크를 사용해서 잉크젯 인쇄성을 확인하고, 또, 도전막을 형성하여, 도체저항, 밀착성, 전극표면 평활성의 상태 관찰을 행하였다.

니켈 슬러리의 조제:

니켈 입자(미쓰이킨조쿠코교사 제조 NN-20, 구상 입자, 평균 일차 입자지름 20nm) 50g과 분산매로서의 에틸렌글리콜 950g을 혼합시켜, 모 니켈 슬러리 1000g을 조제하였다.

분산처리 1:

상기 니켈 슬러리를, 지르코니아 비즈(가부시키가이샤 닛카토 제조 0.1mmø)를 매질(medium)로 한 페인트 셰이커(아사다테츠코 가부시키가이샤 제조)로 30분간 분산처리를 행하였다.

분산처리 2:

다음으로, 고속 유화 분산기인 T.K.필믹스(토쿠슈키카코교 가부시키가이샤 제조)로 분산화 처리를 행하고, 니켈 입자를 분산시킨 니켈 슬러리를 얻었다.

응집입자 제거:

얻어진 슬러리중에 함유되는 응집 입자를 멤브레인 필터(아드반텍토요 가부시키가이샤 제조, 구멍지름 0.45㎛)에 통과시킴으로써 제거하여, 굵은 입자를 포함하지 않는 니켈 슬러리를 얻었다.

농도 조정:

상기 니켈 슬러리를, 원심분리기에 의해 니켈 농도 17.9중량%로 조정한 후, T.K.필믹스(토쿠슈키카코교 가부시키가이샤 제조)로 분산처리를 더 행하여, 농도 조정한 니켈 슬러리를 얻었다.

도전성 잉크의 조제:

상기 니켈 슬러리 100g에, 실란 커플링제 7.2g(신에츠실리콘사 제조 KBE-603), 점도 조정제로서 γ-부티로락톤 36.0g(와코쥰야쿠코교 가부시키가이샤 제조), 표면장력 조정제로서 2-에톡시에탄올 36.0g(와코쥰야쿠코교 가부시키가이샤 제조)을 첨가하고, T.K.필믹스(토쿠슈키카코교 가부시키가이샤 제조)로 혼합하여, 도전성 잉크 A를 얻었다.

인쇄성의 평가:

도전성 잉크 A의 점도를, 점도측정장치(야마이치덴키사 제조 VM-100A)로 측정한 바 25℃에 있어서 24cP이었다. 또, 도전성 잉크 A의 표면장력을 표면장력 측정장치(A&D사 제조 DCW-100W)로 측정한 바 25℃에 있어서 35mN/m이었다. 이 도전성 잉크 A에 대해서, 시판의 잉크젯 프린터(세이코엡슨 가부시키가이샤 제조 PM-G700)를 이용하여, 무알칼리 유리 기판(닛폰덴키가라스 가부시키가이샤 제조 OA-10)에 배선 패턴(라인&스페이스 100㎛, 길이 2cm)을 인쇄한 바, 도전성 잉크 A는 잉크젯 노즐에 막히는 일 없이 인쇄 가능하였다. 또, 100회의 연속 인쇄나, 1시간 방치후의 간헐 인쇄도 가능하였다. 배선 패턴을 광학현미경으로 관찰한 바, 배선 패턴에 단선이나 잉크의 비산은 확인되지 않고, 양호한 배선 패턴이었다.

도전막의 제작:

도전성 잉크 A를, 무알칼리 유리 기판(닛폰덴키가라스 가부시키가이샤 제조 OA-10) 상에, 스핀코터(MIKASA사 제조)를 이용하여 1000rpm으로 10초간의 조건으로 성막하였다. 다음으로, 대기하 100℃에서 10분간 가열 건조를 행하고, 또한, 수소함유량이 1용량%인 수소-질소혼합 분위기하, 300℃에서 1시간 가열 소성을 행하여 도전막 A를 얻었다.

도전성의 평가:

상기 도전막 A의 단면을, 주사형 전자현미경(FEI COMPANY사 제조 FE-SEM)으로 관찰한 바, 막두께가 400nm의 막이었다. 또, 도전막 A의 비저항을 4탐침저항 측정기(미츠비시카가쿠 가부시키가이샤 제조 로레스타 GP)로 측정한 바, 2.0×10^-3Ω·cm이었다.

밀착성의 평가:

상기 도전막 A와 유리 기판과의 밀착성을 JIS K 5600 패러그래프 5-6에 준하여 크로스컷법에 의해 평가한 바, 분류 0이며, 양호한 밀착성을 가지고 있었다. 또, 상기 도전막 A를, 수중에서 10분간 초음파 세정하고, 계속해서 아세톤 중에서 10분간 초음파 세정한 후에 현미경으로 관찰한 바, 도전막 A의 박리는 관찰되지 않았다.

표면 평활성의 평가:

상기 도전막 A의 단면을 주사형 전자현미경(FEI COMPANY사 제조 FE-SEM)으로 관찰한 바, 표면이 평활한 막이 얻어져 있었다. 또, 도쿄세이미츠 제조 SURFCOM 130A으로 표면의 요철을 측정한 바, Ra=9nm Rmax=70nm이었다. 도 1에 이 도전막 A의 단면의 주사형 전자현미경 사진을 나타낸다.

[실시예2]

니켈 슬러리의 조제:

니켈 입자(미쓰이킨조쿠코교사 제조 NN-20, 구상 입자, 평균 일차 입자지름 20nm) 50g과 분산매로서의 1-펜탄올 950g을 혼합시켜, 모 니켈 슬러리 1000g을 조제했다. 그 후는 실시예 1과 마찬가지로 해서 니켈 농도 17.9중량%로 조정한 니켈 슬러리를 얻었다.

얻어진 니켈 슬러리 100g에, 티탄 커플링제(마츠모토코쇼사 제조 오르가틱스 TC-401)를 7.7g 첨가하고, T.K.필믹스(토쿠슈키카코교 가부시키가이샤 제조)로 혼합하여, 도전성 잉크 B를 얻었다.

얻어진 도전성 잉크 B를 사용하여 실시예 1과 동일한 조작으로 잉크젯 인쇄성을 확인하고, 또 도전막을 형성하고, 도체저항, 전극표면 평활성의 상태 관찰을 행하였다. 그 결과, 도전성 잉크 B는, 25℃에 있어서의 점도 및 표면장력이 각각 13cP 및 25mN/m이었다. 또, 도전성 잉크 B는 잉크젯 노즐에 막히는 일 없이 인쇄 가능하였다. 또한, 도전성 잉크 B로부터 형성된 도전막(두께 400nm)은, 그 비저항이 3.1×10^-3Ω·cm로서, 실시예 1의 도전막과 동일 정도로 비저항의 값이 낮은 것이었다. 또, 상기 도전막은 Ra가 9nm, Rmax가 93nm이며, 표면 평활성이 양호하였다.

[비교예 1]

분산제로서 에틸렌글리콜 대신에 물 950g을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 니켈 슬러리의 조제를 행하였다. 그러나 얻어진 슬러리중의 니켈 입자의 입자지름이 큰 것이었기 때문에, 니켈 입자는 구멍지름 0.45㎛의 멤브레인 필터를 통과할 수 없어, 도전성 잉크를 얻을 수 없었다.

[비교예 2]

니켈 입자(미쓰이킨조쿠코교사 제조 NN-100, 구상 입자, 평균 일차 입자지름 100nm)를 사용한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 니켈 잉크를 조제하여, 도전성 잉크 C를 얻었다. 얻어진 도전성 잉크 C를 사용해서 실시예 1과 동일한 조작으로 잉크젯 인쇄성을 확인하고, 또 도전막을 형성하고, 도체저항, 전극표면 평활성의 상태 관찰을 행하였다. 그 결과, 도전성 잉크 C는 25℃에 있어서의 점도 및 표면장력이 각각 19cP 및 33mN/m이었다. 또, 도전성 잉크 C는 잉크젯 노즐에 막히는 일 없이 인쇄 가능하였다. 그러나 도전성 잉크 C로 형성된 도전막(두께 500nm)은 그 비저항이 5.3×10^-3Ω·cm로서 실시예 1의 도전막보다도 비저항의 값이 높은 것이었다. 또, 상기 도전막은 Ra가 48nm, Rmax가 320nm로서 표면 평활성이 뒤떨어지는 것이었다. 도 2에 이 도전막의 단면의 주사형 전자현미경 사진을 나타낸다.

본건 발명에 따른 니켈 잉크는, 당해 니켈 잉크를 사용해서 형성한 도체막의 표면을 매끄러운(평균 표면 거칠기(Ra)가 10nm 이하, 최대 표면 거칠기(Rmax)가 200nm 이하) 것으로 할 수 있는 점에 큰 특징을 가지고 있다. 또, 본건 발명에 따른 니켈 잉크를 사용해서 형성한 도체막은 각종 기재와의 밀착성 및 막 밀도가 우수하기 때문에 저저항으로 고품질의 도체회로의 형성을 가능하게 한다. 또, 본건 발명에 따른 니켈 잉크는 종래에 없는 니켈 나노 입자를 포함하고 있기 때문에, 잉크젯 방식이나 디스펜서 방식을 이용하여 기판상에 미세한 배선이나 전극을 형성하는 용도 등에도 적합하다.

또, 본건 발명에 따른 니켈 잉크는, 각종 기판과의 밀착성의 조정이 가능하고 또한 미세한 배선이나 전극의 형성이 가능한 니켈 잉크가 된다. 예를 들면 각종 기판상에의 회로형성, 구리나 은 배선상에의 니켈 전극형성, 또는 ITO를 사용한 투명전극 등의 위에의 니켈 전극형성, 니켈 보호 회로, 니켈 보호 피막 등의 직접 형성이 가능한 것이다. 따라서, 플랫 디스플레이 패널 등으로 대표되는 각종 전자산업분야에 있어서의 광범위한 사용이 가능해진다.

Claims

분산매에 니켈 입자를 분산시킨 니켈 잉크로서,

상기 분산매는 상압에서의 비점이 300℃ 이하인 알코올류, 글리콜류로 이루어지는 군에서 선택한 1종 또는 2종 이상을 조합한 것이며,

상기 니켈 입자는 그 구성 입자의 평균 일차 입자지름이 50nm 이하인 것을 특징으로 하는 니켈 잉크.
제1항에 있어서, 상기 니켈 입자는 평균 일차 입자지름이 10nm~30nm인 것을 특징으로 하는 니켈 잉크.
제1항에 있어서, 실란 커플링제, 티탄 커플링제, 지르코니아 커플링제, 알루미늄 커플링제로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 추가로 포함시킨 것을 특징으로 하는 니켈 잉크.
제1항에 있어서, 표면장력이 15mN/m~50mN/m의 범위로 조정되어 있는 것을 특징으로 하는 니켈 잉크.
제1항에 있어서, 25℃에 있어서의 점도가 60cP 이하로 조정되어 있는 것을 특징으로 하는 니켈 잉크.
제1항에 기재된 니켈 잉크를 사용하여 기판상에 소성해서 형성한 도체막으로서,

상기 도체막은 그 평균 표면 거칠기(Ra)가 10nm 이하, 최대 표면 거칠기(Rmax)가 200nm 이하인 것을 특징으로 하는 도체막.