TW201617416A - 導體組成物塗料、導體、層合體、層合電路基板及電子機器 - Google Patents

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Abstract

本發明之導體組成物塗料之特徵為包含(A)形成自我組織化單分子膜之含氟化合物、(B)金屬粒子及(C)溶劑。

Description

導體組成物塗料、導體、層合體、層合電路基板及電子機器
本發明係關於通孔之形成所用之導體組成物塗料、以及使用其之導體、層合體、層合電路基板及電子機器。
近年來，已檢討於塑膠基板上以低製程成本形成具備複數個有機薄膜電晶體(有機TFT)之電晶體陣列，且應用作為電子紙、液晶顯示器等之背襯板(backplane)。該有機薄膜電晶體之製造方法，為了與過去之矽TFT差別化，而強烈期望不進行真空製程、或光微影蝕刻技術，僅以印刷製程圖型形成各構成要素並低成本化。
因此，基於該背景，已檢討使用印刷法形成用以電性連接電晶體陣列與電路圖型等之導電體彼此之通孔的方法。例如，已提案藉由重複進行以被覆設於基板上之電路圖型之狀態，於基板上形成絕緣膜後，以噴墨法朝向電路圖型上之絕緣膜噴佈能使絕緣膜溶解之溶劑之步驟、與乾燥步驟，而形成達到該等電路圖型之貫穿孔，且以導電材料埋填該貫穿孔之方法(參照例如文獻1：日本特開 2012-204658號公報)。此外，已提案於設於基板上之電路圖型上利用噴墨法直接形成特殊形狀之通孔之方法(參照例如文獻2：日本專利第5145687號說明書)。
然而，專利文獻1所記載之方法，為了確實形成貫穿孔，而在絕緣膜之同一部位進行數度噴佈溶劑之步驟，同時重複進行上述步驟與乾燥步驟，故有需要時間之問題。且，以該方法形成之通孔之直徑雖可藉上述溶劑之體積及噴出次數某種程度地控制，但有難以精密良好地控制通孔直徑之問題。
又，文獻2所記載之方法由於使用導電部之突出周緣部，故有隨著形成之導電部變小，而無法獲得有效導電面積之問題。
另外，該等僅以印刷製程形成通孔用之步驟繁瑣，有複雜且步驟數亦多而降低良率生產之問題。
因此，本發明之目的係提供一種可形成用以使介隔絕緣膜之電路圖型等之導電體彼此電連接之通孔的導體組成物塗料、以及使用其之導體、層合體、層合電路基板及電子機器。
為解決前述課題，本發明係提供如下述之導體組成物塗料、以及使用其之導體、層合體、層合電路基板及電子機器者。
本發明之導體組成物塗料之特徵為包含(A)形成自 我組織化單分子膜之含氟化合物、(B)金屬粒子及(C)溶劑者。
本發明之導體組成物塗料中，前述(A)成分較好為含氟硫醇化合物。
本發明之導體組成物塗料中，經乾燥且固化之固化膜之表面能較好為30mN/m以下。
本發明之導體組成物塗料中，前述(B)成分中較好形成有由前述(A)成分形成之自我組織化單分子膜。
本發明之導體組成物塗料中，前述固化膜之表面能較好為20mN/m以上28mN/m以下。
本發明之導體組成物塗料中，前述(A)成分之含量相對於塗料總量較好為10質量%以下。
本發明之導體組成物塗料中，前述(A)成分較好為由具有芳香環之含氟硫醇化合物及具有氟化部之烷硫醇所組成之群選出之至少一種化合物。
本發明之導體組成物塗料中，前述(A)成分較好為具有芳香環之碳數6至20之含氟硫醇化合物。
本發明之導體組成物塗料中，前述(A)成分較好為由4-三氟甲基苯硫醇、3-三氟甲基苯硫醇、五氟苯硫醇、2,3,5,6-四氟苯硫醇、2,3,5,6-四氟-4-(三氟甲基)苯硫醇、2,3,5,6-四氟-4-巰基苯甲酸甲酯、3,5-雙三氟甲基苯硫醇、4-氟苯硫醇及11-(2,3,4,5,6-五氟苄氧基)-1-十一烷硫醇所組成群組選出之至少一種化合物。
本發明之導體組成物塗料中，前述(B)成分之含量 相對於塗料總量較好為15質量%以上75質量%以下。
本發明之導體組成物塗料中，前述(B)成分之金屬種較好係由銀、銅、鎳、鈀、鉑及金所組成之群選出之至少一種。
本發明之導體組成物塗料中，前述(B)成分之金屬種較好為銀。
本發明之導體組成物塗料中，前述(C)成分之含量相對於塗料總量較好為25質量%以上85質量%以下。
本發明之導體組成物塗料中，前述(C)成分較好為表面張力係40mN/m以上65mN/m以下之二醇系溶劑。
本發明之導體組成物塗料中，前述(C)成分較好係由乙二醇、丙三醇及1,3-丙二醇所組成之群選出之至少一種。
本發明之導體之特徵為包含(A)形成自我組織化單分子膜之含氟化合物與(B)金屬粒子者。
本發明之導體中，前述(A)成分較好為含氟硫醇化合物。
本發明之導體中，前述(B)成分中較好形成有由前述(A)成分形成之自我組織化單分子膜。
本發明之層合體之特徵為具備下列者：基板，設置於前述基板上之電極、包含(A)形成自我組織化單分子膜之含氟化合物與(B)金屬粒子、且形成於前述電極上之導體。
本發明之層合體較好進而具備形成於前述基板、前述 電極及前述導體上且未被覆前述導體之上部的絕緣膜。
本發明之層合體較好進而具備形成於前述絕緣膜上且與前述導體之上部相接之導電膜。
本發明之層合體中，前述(A)成分較好為含氟硫醇化合物。
本發明之層合體中，前述(B)成分中較好形成有由前述(A)成分形成之自我組織化單分子膜。
本發明之層合電路基板之特徵為具備前述層合體者。
本發明之電子機器之特徵為具備前述層合電路基板者。
依據本發明，可提供可形成用以使介隔絕緣膜之電路圖型等之導電體彼此電性連接之通孔的導體組成物塗料。
1‧‧‧基板
2‧‧‧電路圖案
3‧‧‧陣列
4‧‧‧通孔
5‧‧‧絕緣膜
6‧‧‧導電膜
圖1為顯示本實施形態中形成通孔前之附電路圖型之基板(陣列)之概略圖。
圖2為顯示本實施形態中形成通孔後之陣列之概略圖。
圖3為本實施形態中，顯示形成絕緣膜後之陣列之概略圖。
圖4為圖3中之IV-IV剖面圖。
圖5為本實施形態中顯示形成導電膜後之陣列之概略圖。
圖6為圖5中之VI-VI剖面圖。
〔導體組成物塗料〕
首先，針對本發明之導體組成物塗料加以說明。
本發明之導體組成物塗料(以下亦稱為「本塗料」)為包含以下說明之(A)形成自我組織化單分子膜之含氟化合物與(B)金屬粒子及(C)溶劑者。
本塗料中使本塗料乾燥並固化而成之固化膜之表面能較好為30mN/m以下。表面能超過30mN/m時會有撥液性下降之傾向。因此，本塗料使用於用以使導電體間電性連接之通孔之形成時，無法自我形成與層合之絕緣膜附著之通孔。此外，基於為了提高成膜均勻性而使用低表面能之絕緣膜、或抑制對成為基底之導電體之展開塗佈之觀點，本塗料之固化膜之表面能最好為20mN/m以上28mN/m以下。又，表面能可藉由接觸角測定法測定。
又，調整本塗料之表面能之手段列舉為調整(A)成分之種類或調配量等。
〔(A)成分〕
本塗料中之(A)成分為形成自我組織化單分子膜之含氟化合物。藉由包含(A)成分，可一方面確保導通一方面使(B)成分之金屬粒子具有撥液性。結果，本塗料所得之印刷體可兼具導電性與撥液性。又，(A)成分較好為含氟硫醇化合物。且，本塗料中，(A)成分亦可修 飾金屬粒子之表面而存在。另外，該情況下，(A)成分中之修飾金屬粒子表面之基(例如硫醇基)亦可與金屬粒子之表面反應。
(A)成分之形成自我組織化單分子膜之含氟硫醇化合物列舉為具有芳香環之含氟硫醇化合物、具有氟化部之烷硫醇等。該等中，基於金屬粒子之表面修飾性，以由具有芳香環(較好為苯環)之碳數6至20之含氟硫醇所組成之群選出之至少一種化合物較佳。
具有芳香環之碳數6至20之含氟硫醇具體舉例為4-三氟甲基苯硫醇、3-三氟甲基苯硫醇、五氟苯硫醇、2,3,5,6-四氟苯硫醇、2,3,5,6-四氟-4-(三氟甲基)苯硫醇、2,3,5,6-四氟-4-巰基苯甲酸甲酯、3,5-雙三氟甲基苯硫醇、4-氟苯硫醇及11-(2,3,4,5,6-五氟苄氧基)-1-十一烷硫醇(下述化學式)。
該等中就撥液性之觀點而言最好為三氟甲基苯硫醇及/或2,3,5,6-四氟-4-(三氟甲基)苯硫醇。
(A)成分之含量相對於塗料總量較好為10質量%以下，更好為5質量%以下。(A)成分之含量若為前述上限以下，則不會妨礙塗料中之金屬粒子之分散性。又，基於本塗料所得之印刷體之撥液性之觀點，下限較好為0.1質量%以上。
〔(B)成分〕
本塗料中之(B)成分為金屬粒子。(B)成分為印刷本塗料並乾燥‧固化後展現導電性之起源。此外，(B)成分中較好為形成由前述(A)成分形成之自我組織化單分子膜。
(B)成分之金屬種列舉為銀、銅、鎳、鈀、鉑及金。又，該等可單獨使用1種，亦可併用2種以上。該等中，基於與(A)成分之親和性之觀點，以銀最佳。(B)成分較好為平均粒徑10nm以上1000nm以下。此外，亦可包含直徑50nm以下之金屬奈米線。金屬粒子之粒形測定可藉由透過型電子顯微鏡(TEM)觀察而測定。具體而言，列舉為在包含50個左右之粒子視野中，測定全部粒子之投影面積圓當量直徑，並算出其平均之方法。
(B)成分之含量相對於塗料總量較好為15質量%以上75質量%以下，更好為20質量%以上50質量%以下。(B)成分之含量若在前述範圍內，則可更有效地形成導電性通孔。
〔(C)成分〕
本塗料中之(C)成分為溶劑。
(C)成分之溶劑列舉為水、醇系溶劑(單醇系溶劑、二醇系溶劑、多元醇系溶劑)、烴系溶劑、酮系溶劑、酯系溶劑、醚系溶劑、乙二醇二甲醚系溶劑、鹵系溶 劑。該等溶劑可單獨使用1種，亦可混合2種以上使用。該等中，基於印刷性之觀點，以二醇系溶劑較佳。
(C)成分之表面張力較好為40mN/m以上65mN/m以下。(C)成分之表面張力若在前述範圍內，則在通孔之形成中使用本塗料時，可充分附著於基底。又，表面張力可藉懸滴法(pendant drop method)測定。
表面張力為40mN/m以上65mN/m以下之二醇系溶劑列舉為乙二醇、丙三醇、1,3-丙二醇等。該等中，最好為乙二醇。
(C)成分之含量相對於塗料總量較好為25質量%以上85質量%以下，更好為50質量%以上80質量%以下。(C)成分之含量若在前述範圍內，則可適當塗佈本塗料。
〔其他成分〕
本發明之導體組成物塗料除前述(A)~(C)成分外，亦可包含任意成分。
各種任意成分列舉為分散劑等。
該等任意成分相對於塗料總量較好為10質量%以下。
〔導體組成物塗料之製造方法〕
本發明之導體組成物塗料可例如藉由混合前述各成分而製造。混合方法並無特別限制，列舉為例如使用機械攪 拌機、磁石攪拌機、超音波分散機、行星式研磨機、球磨機、3軸輥等混合機進行混合之方法。
以本發明之導體組成物塗料獲得之印刷體為兼具導電性與撥液性者，可適用作為形成用以使電路圖型等之導電體間電性連接之通孔之塗料。
〔通孔之形成方法〕
以下，基於圖式說明使用本發明之導體組成物塗料形成通孔之方法之一例。
圖1~6為顯示使用本發明之導體組成物塗料形成通孔之方法之一例之圖。
首先，如圖1所示，於基板1上利用習知方法設置由金屬電極所成之電路圖型2，製作陣列3。基板可使用玻璃基板、或塑膠膜(例如聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚醚碸(PES)、聚碳酸酯(PC))等。金屬電極之材料只要具有導電性之材料即無特別限制，可使用習知者。例如，可使用與前述金屬電極材料相同者。
接著，如圖2所示，將本發明之導體組成物塗料塗佈於電路圖型2表面之期望部位，形成通孔4。塗料之塗佈方法列舉為噴墨印刷法或網版印刷法。較好為可進行自由對準(flexible alignment)之噴墨印刷法。依據噴墨印刷法，通孔4之直徑與導體組成物塗料之塗布圖型之直徑約略相同。因此，藉由調節塗料之塗佈量等，可容易地將通孔4之直徑控制成期望之值。又，通孔4係以例如20μm 以上200μm以下之直徑形成。
接著，如圖3所示，使用絕緣材料，以旋塗法等使絕緣膜5成膜於形成通孔4後之陣列3上。絕緣材料只要為可成為具有電絕緣性之薄膜者即無特別限制，可使用習知者。
此時，藉由本塗料具有之撥液性，使通孔4排斥絕緣材料，故通孔4之上部未被絕緣膜5被覆(參照圖4)。因此，可自我形成可使電路圖型2與後述之導電膜6電性連接之通孔4。
接著，如圖5所示，使用導電材料，利用網版印刷法使導電膜6成膜於絕緣膜5成膜後之陣列3上。藉此，如圖6所示，可使導電膜6相接於通孔4之上部，使電路圖型2與導電膜6導通，而可取出電極。又，導電材料只要是具有導電性之材料即無特別限制，可使用習知者。例如，可使用與前述金屬電極之材料相同者。
以本發明之導體組成物塗料所得之印刷體具有導電性與撥液性。因此，如前述，使用該塗料形成通孔後，在下一步驟中塗佈絕緣材料之時點，可使通孔排斥絕緣材料而自我形成通孔。結果，不需要層間絕緣膜之圖型化形成，可大幅削減通孔之形成步驟，故可提高生產性。且，由於可利用噴墨印刷法形成通孔，故可形成精度良好之通孔。
〔用途〕
上述之通孔形成方法可應用於介隔通孔(導體)導通 2個電極之裝置(層合體)之製造方法中。裝置(層合體)列舉為例如半導體元件、觸控面板感測器、RF-ID(射頻辨識系統)、有機電致發光元件、層合電路基板(可撓性印刷基板(FPC)、硬質印刷基板)等。
且，上述之層合電路基板可使用於液晶顯示器、電視、汽車導航、行動電話、遊戲機、數位相機、個人電腦、印表機等之電子機器。
實施例
接著，以實施例更詳細說明本發明，但本發明並不受以下實施例之限制。
〔實施例1〕
首先，利用反轉印刷，將由銀電極所成之電路圖型設置於玻璃基板上，製作陣列。
接著，利用噴墨印刷法，將導體組成物塗料(以質量比15：5：80之比例混合銀奈米膠體(平均粒徑：40nm)與三氟甲基苯硫醇及乙二醇而成者)印刷於電路圖型表面之期望部位，形成通孔。該通孔為直徑40μm之直徑，高度480nm。且，該通孔之剖面形狀以觸針式階差計測定之結果，為上部中央部成為緩和凸狀但大致平坦。
接著，使用KANEKA製造之ANL1，以旋塗法使絕緣膜成膜於通孔形成後之基板上。結果，獲得膜厚500nm之絕緣膜。且，可確認以噴墨印刷法形成之通孔之上部未 被絕緣膜被覆。
接著，使用網版印刷用導電性銀膏，以網版印刷法使導電膜成膜於絕緣膜成膜後之基板上。結果，可取出電極。又，由以滴落澆鑄(drop cast)使該塗料成膜於玻璃基板上，以接觸角測定法測定通孔之表面能之結果為28mN/m。
〔實施例2〕
首先，利用反轉印刷，將由銀電極所成之電路圖型設置於玻璃基板上，製作陣列。
接著，利用噴墨印刷法，將導體組成物塗料(以質量比15：1：84之比例混合銀奈米膠體(平均粒徑：40nm)與2,3,5,6-四氟-4-(三氟甲基)苯硫醇及1,3-丙二醇而成者)印刷於電路圖型表面之期望部位，形成通孔。該通孔為直徑30μm之直徑，高度620nm。且，該通孔之剖面形狀以觸針式階差計測定之結果，為上部中央部成為緩和凸狀但大致平坦。
接著，使用KANEKA製造之ANL1，以旋塗法使絕緣膜成膜於通孔形成後之基板上。結果，獲得膜厚500nm之絕緣膜。且，可確認以噴墨印刷法形成之通孔之上部未被絕緣膜被覆。
接著，使用網版印刷用導電性銀膏，以網版印刷法使導電膜成膜於絕緣膜成膜後之基板上。結果，可取出電極。又，由以滴落澆鑄使該塗料成膜於玻璃基板上，以接 觸角測定法測定通孔之表面能之結果，為20mN/m。
〔比較例1〕
首先，利用反轉印刷，將由銀電極所成之電路圖型設置於玻璃基板上。
接著，利用噴墨印刷法，將市售之銀奈米塗料(Aldrich 736503-25G)印刷於電路圖型表面之期望部位，形成通孔。該通孔為直徑50μm之直徑，高度520nm。
接著，使用KANEKA製造之ANL1，以旋塗法使絕緣膜成膜於通孔形成後之基板上。結果，獲得膜厚500nm之絕緣膜。然而，由於以噴墨印刷法形成之通孔之上部並非撥液性，故通孔全部被絕緣膜被覆而無法導通。又，由以滴落澆鑄使該塗料成膜於玻璃基板上，以接觸角測定法測定通孔之表面能之結果為40mN/m。

Claims (25)

  1. 一種導體組成物塗料，其特徵為包含(A)形成自我組織化單分子膜之含氟化合物、(B)金屬粒子及(C)溶劑。
  2. 如請求項1之導體組成物塗料，其中前述(A)成分為含氟硫醇化合物。
  3. 如請求項2之導體組成物塗料，其中經乾燥且固化之固化膜之表面能為30mN/m以下。
  4. 如請求項1之導體組成物塗料，其中前述(B)成分中形成有由前述(A)成分形成之自我組織化單分子膜。
  5. 如請求項1之導體組成物塗料，其中前述固化膜之表面能為20mN/m以上28mN/m以下。
  6. 如請求項1之導體組成物塗料，其中前述(A)成分之含量相對於塗料總量為10質量%以下。
  7. 如請求項1之導體組成物塗料，其中前述(A)成分為由具有芳香環之含氟硫醇化合物及具有氟化部之烷硫醇所組成之群選出之至少一種化合物。
  8. 如請求項1之導體組成物塗料，其中前述(A)成分為具有芳香環之碳數6至20之含氟硫醇化合物。
  9. 如請求項1之導體組成物塗料，其中前述(A)成分係由4-三氟甲基苯硫醇、3-三氟甲基苯硫醇、五氟苯硫醇、2,3,5,6-四氟苯硫醇、2,3,5,6-四氟-4-(三氟甲基)苯硫醇、2,3,5,6-四氟-4-巰基苯甲酸甲酯、3,5-雙三氟甲基 苯硫醇、4-氟苯硫醇及11-(2,3,4,5,6-五氟苄氧基)-1-十一烷硫醇所組成群組選出之至少一種化合物。
  10. 如請求項1之導體組成物塗料，其中前述(B)成分之含量相對於塗料總量為15質量%以上75質量%以下。
  11. 如請求項1之導體組成物塗料，其中前述(B)成分之金屬種係由銀、銅、鎳、鈀、鉑及金所組成之群選出之至少一種。
  12. 如請求項1之導體組成物塗料，其中前述(B)成分之金屬種為銀。
  13. 如請求項1之導體組成物塗料，其中前述(C)成分之含量相對於塗料總量為25質量%以上85質量%以下。
  14. 如請求項1之導體組成物塗料，其中前述(C)成分為表面張力係40mN/m以上65mN/m以下之二醇系溶劑。
  15. 如請求項1至14項中任一項之導體組成物塗料，其中前述(C)成分係由乙二醇、丙三醇及1,3-丙二醇所組成之群選出之至少一種。
  16. 一種導體，其特徵為包含(A)形成自我組織化單分子膜之含氟化合物與(B)金屬粒子。
  17. 如請求項16之導體，其中前述(A)成分為含氟硫醇化合物。
  18. 如請求項16或17之導體，其中前述(B)成分 中形成有由前述(A)成分形成之自我組織化單分子膜。
  19. 一種層合體，其特徵為具備：基板，設置於前述基板上之電極，包含(A)形成自我組織化單分子膜之含氟化合物與(B)金屬粒子、且形成於前述電極上之導體。
  20. 如請求項19之層合體，其進而具備形成於前述基板、前述電極及前述導體上且未被覆前述導體之上部的絕緣膜。
  21. 如請求項20之層合體，其進而具備形成於前述絕緣膜上且與前述導體之上部相接之導電膜。
  22. 如請求項19之層合體，其中前述(A)成分為含氟硫醇化合物。
  23. 如請求項19之層合體，其中前述(B)成分中形成有由前述(A)成分形成之自我組織化單分子膜。
  24. 一種層合電路基板，其特徵為具備如請求項19至23中任一項之層合體。
  25. 一種電子機器，其特徵為具備如請求項24之層合電路基板。
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