TW201709218A - 導電圖型形成用組成物及導電圖型形成方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供可提高導電圖型之導電率之藉由光照射或微波照射之導電圖型形成用組成物及導電圖型形成方法。 一種藉由光照射或微波照射之導電圖型形成用組成物，其包含(A)選自碳原子數為2~18之有機羧酸之金屬鹽及不含有機羧酸作為配位子之有機金屬錯合物之至少一種之金屬化合物、(B)金屬材料、(C)樹脂及(D)溶劑，(A)選自碳原子數為2~18之有機羧酸之金屬鹽及不含有機羧酸作為配位子之有機金屬錯合物之至少一種之金屬化合物之總量之金屬原子換算質量與(B)金屬材料之總金屬質量之質量比例為(A)選自碳原子數為2~18之有機羧酸之金屬鹽及不含有機羧酸作為配位子之有機金屬錯合物之至少一種之金屬化合物：(B)金屬材料=80：20~2：98。

Description

導電圖型形成用組成物及導電圖型形成方法
本發明係關於導電圖型形成用組成物及導電圖型形成方法之改良。
作為製作微細配線圖型之技術，以往一般使用組合銅箔與光阻劑而以微影法形成配線圖型之方法，但該方法步驟數長，而且排水、廢液處理之負擔亦大，而期望環境之改善。又，以加熱蒸鍍法或濺鍍法製作之金屬薄膜藉由光微影法圖型化之方法亦為已知。然而，加熱蒸鍍法或濺鍍法中真空環境為不可或缺，此外價格亦非常高昂，應用於配線圖型時難以減低製造成本。
因此，已提案使用含金屬或金屬氧化物之墨水藉由印刷法製作配線之技術。利用印刷之配線技術由於可能以低成本，高速地製作大量製品，故已一部分探討實用之電子裝置之製作。
例如下述專利文獻1中揭示基板之製造方 法，其包含於基材上噴出含導電性無機金屬粒子之導電性無機組成物之步驟，於前述導電性無機組成物上噴出含有導電性有機金屬錯合物之導電性有機組成物之步驟，及使前述導電性無機組成物及導電性有機組成物燒成之步驟。
然而，使用加熱爐使含金屬等之墨水加熱燒成之方法，在加熱步驟中需要高溫且花費時間，此外於塑膠基材無法耐受加熱溫度之情況時，有無法達到滿足之導電率之問題。
又，上述專利文獻1中，必須分別噴出導電性無機組成物與導電性有機組成物，亦有步驟繁瑣之問題。
因此，如專利文獻2~4所記載，考慮使用含奈米粒子之組成物(墨水)藉由光照射轉化成金屬配線。
專利文獻5中亦記載組合甲酸銅與銅粒子之系統，但甲酸腐蝕性強尤其有難以使用於如光燒成般之製程之問題，且於將該系統應用於銀鹽時，即使不比雷酸銀，甲酸銀之分解溫度亦非常低，有成為爆炸性混合物等之起火危險，使用於墨水成分有問題。
專利文獻6中，目的在於提供對於耐熱性低的電氣零件或電子零件之熱影響小，具有優異導電性，具有堅固接合力之電氣傳導體及其形成方法，而揭示電傳導體，其係使金屬奈米線彼此藉由將覆蓋其表面至少一部分之具有羧基之有機化合物所成之有機層內之金屬鹽，或前述有機化合物與前述金屬鹽之金屬錯合物還原而形成之金 屬予以金屬接合者。然而，該專利文獻中即使可減低奈米線之接點間之電阻，亦難以形成緻密之金屬薄膜。
加熱中使用光能量或微波之方法，有能僅加熱墨水部分之可能性，雖為非常良好方法，但使用金屬粒子本身時，有所得導電圖型之導電率無法滿足地提高之問題，或使用氧化銅時，所得導電圖型之空隙率大，一部分無法還原而留下氧化銅粒子之問題。
又，該等燒結中由於有必要至少使用直徑為1μm以下之金屬或金屬氧化物粒子，且為了防止凝集而必須使用黏合劑樹脂，故有若干提高燒成溫度則無法降低電阻之問題。
[先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本特開2010-183082號公報
專利文獻2：日本特表2008-522369號公報
專利文獻3：WO2010/110969號說明書
專利文獻4：日本特表2010-528428號公報
專利文獻5：日本特開2014-182913號公報
專利文獻6：日本特開2011-210454號公報
一般形成於基板上之導電圖型導電率越高(體 積電阻率低)性能越高。因此，藉由上述先前技術形成之導電圖型仍期望進一步提高導電率。
本發明之目的在於提供可提高導電圖型之導電率之導電圖型形成用組成物及導電圖型形成方法。
為達上述目的，本發明之一實施形態係一種導電圖型形成用組成物，其特徵係包含(A)選自碳原子數為2~18之有機羧酸之金屬鹽及不含有機羧酸作為配位子之有機金屬錯合物之至少一種之金屬化合物、(B)金屬材料、(C)樹脂及(D)溶劑；前述(A)選自碳原子數為2~18之有機羧酸之金屬鹽及不含有機羧酸作為配位子之有機金屬錯合物之至少一種之金屬化合物之總量之金屬原子換算質量與前述(B)金屬材料之總金屬質量之質量比例為(A)選自碳原子數為2~18之有機羧酸之金屬鹽及不含有機羧酸作為配位子之有機金屬錯合物之至少一種之金屬化合物：(B)金屬材料=80：20~2：98。
前述(B)金屬材料較好包含(B1)金屬粒子，進而可包含(B2)金屬奈米線及/或金屬奈米管。
又，構成上述(A)選自碳原子數為2~18之有機羧酸之金屬鹽及不含有機羧酸作為配位子之有機金屬錯合物之至少一種之金屬化合物及(B)金屬材料之金屬較好為銀、銅、鎳或鈷。
又，上述(A)選自碳原子數為2~18之有機羧 酸之金屬鹽及不含有機羧酸作為配位子之有機金屬錯合物之至少一種之金屬化合物係較好為碳原子數為2~18之烷酸之金屬鹽、於α或β位具有羰基之羧酸金屬鹽、或新羧酸(neocarboxylic acid)金屬鹽、與1,3-二酮或β-酮基羧酸酯之金屬錯合物。
上述(C)樹脂較好包含由聚-N-乙烯基吡咯啶酮、聚-N-乙烯基乙醯胺、常溫為固體狀之苯氧基型之環氧樹脂、纖維素、聚乙二醇、聚丙二醇、聚胺基甲酸酯所成之至少一種。
上述(D)溶劑較好包含自乙二醇、丙二醇、甘油、乙酸、草酸、二乙二醇單乙醚、二乙二醇單丁醚、二乙二醇單乙醚單乙酸酯(乙基卡必醇乙酸酯)、二乙二醇單丁醚單乙酸酯(丁基卡必醇乙酸酯)、γ-丁內酯所成之至少一種。
又，本發明之其他實施形態係一種導電圖型形成方法，其特徵係準備上述導電圖型形成用組成物，對前述導電圖型形成用組成物進行光照射或微波照射。
依據本發明，可獲得導電率提高之導電圖型。
圖1係用以說明脈衝光之定義的圖。
圖2係用以顯示藉由實施例、比較例中評價之棋盤剝離試驗所致之密著性判定基準之圖。
以下，針對用以實施本發明之形態(以下稱為實施形態)加以說明。
本實施形態之該導電圖型形成用組成物之特徵為包含(A)選自碳原子數為2~18之有機羧酸之金屬鹽及不含有機羧酸作為配位子之有機金屬錯合物之至少一種之金屬化合物、(B)金屬材料、(C)樹脂及(D)溶劑；(A)選自碳原子數為2~18之有機羧酸之金屬鹽及不含有機羧酸作為配位子之有機金屬錯合物之至少一種之金屬化合物之總量之金屬原子換算質量與(B)金屬材料之總金屬質量之質量比例為(A)選自碳原子數為2~18之有機羧酸之金屬鹽及不含有機羧酸作為配位子之有機金屬錯合物之至少一種之金屬化合物：(B)金屬材料=80：20~2：98，更好為60：40~5：95。(B)金屬材料為後述之(B1)金屬粒子時，較好(A)選自碳原子數為2~18之有機羧酸之金屬鹽及不含有機羧酸作為配位子之有機金屬錯合物之至少一種之金屬化合物：(B)金屬材料=80：20~5：95((A)/(A)+(B1)=0.05~0.8)。併用後述之(B1)金屬粒子與(B2)金屬奈米線及/或金屬奈米管作為(B)金屬材料，且使用金屬奈米粒子及/或扁平金屬粒子作為(B1)金屬粒 子時，較好(A)選自碳原子數為2~18之有機羧酸之金屬鹽及不含有機羧酸作為配位子之有機金屬錯合物之至少一種之金屬化合物：(B)金屬材料=60：40~2：98((A)/(A)+(B1)+(B2)=0.02~0.6)。又所謂「金屬原子換算質量」意指其化合物之金屬原子總質量。
(A)選自碳原子數為2~18之有機羧酸之金屬鹽及不含有機羧酸作為配位子之有機金屬錯合物之至少一種之金屬化合物(後文有時簡稱為(A)金屬化合物)過多時，隨種類而定而光燒成時發熱小而無法良好地燒結，(B)金屬材料多時粒子彼此之接著性低而成為強度弱之導電圖型。
作為構成上述(A)金屬化合物及(B)金屬材料之金屬舉例為銀、銅、鎳或鈷。又，構成(A)金屬化合物之金屬元素與構成(B)金屬材料之金屬元素可相同亦可不同。
又，作為(A)金屬化合物舉例為例如銀、銅、鎳或鈷之碳原子數為2~18之有機羧酸之金屬鹽及不含有機羧酸作為配位子之有機金屬錯合物。本說明書中所謂不含有機羧酸作為配位子之有機金屬錯合物意指與如前述碳原子數為2~18之有機羧酸金屬鹽之錯合物之羧酸配位化合物不同之配位化合物，例如具有上述金屬原子之與醇之烷氧化物、與1,3-二酮類或β-酮基羧酸酯或胺之金屬錯合物等。作為(A)金屬化合物之具體例舉例為例如乙酸銀、草酸銀、丙酸銀、正丁酸銀、異丁酸銀、琥珀酸銀、正戊 酸銀、異戊酸銀、特戊酸銀、正己酸銀、己二酸銀、正辛酸銀、2-乙基己酸銀、正癸酸銀、新癸酸銀、山萮酸銀、硬脂酸銀、油酸銀、月桂酸銀、甲基苯甲酸銀、苯二甲酸銀、2,6-二氯苯甲酸銀、苯基乙酸銀、對甲苯酸銀、二羥甲基丙酸銀、二羥甲基丁酸銀、乙醯乙酸銀、丙醯乙酸銀、α-甲基乙醯乙酸銀、α-乙基乙醯乙酸銀、異丁醯乙酸銀、苯甲醯乙酸銀、乙醛酸銀、丙酮酸銀、3-巰基-4-苯基-1,2,4-三唑之銀鹽、2-巰基苯并咪唑之銀鹽、3-(2-羧乙基)-4-氧甲基-4-噻唑啉-2-硫酮之銀鹽、二硫代乙酸之銀鹽、5-氯苯并三唑之銀鹽、1,2,4-三唑之銀鹽、1-H-三唑之銀鹽、乙氧化銀等之銀鹽、與如乙醯基丙酮、乙醯乙酸乙酯之1,3-二酮類、β-酮羧酸酯之銀錯合物、與單乙醇胺、吡啶等之有機胺之銀胺錯合物。
又，舉例為乙酸銅、三氟乙酸銅、五氟丙酸銅、草酸銅、丙酸銅、正丁酸銅、異丁酸銅、琥珀酸銅、正戊酸銅、異戊酸銅、特戊酸銅、正己酸銅、己二酸銅、正辛酸銅、2-乙基己酸銅、正癸酸銅、新癸酸銅、山萮酸銅、硬脂酸銅、油酸銅、月桂酸銅、甲基苯甲酸銅、苯二甲酸銅、2,6-二氯苯甲酸銅、苯基乙酸銅、對甲苯酸銅、二羥甲基丙酸銅、二羥甲基丁酸銅、乙醯乙酸銅、丙醯乙酸銅、α-甲基乙醯乙酸銅、α-乙基乙醯乙酸銅、異丁醯乙酸銅、苯甲醯乙酸銅、乙醛酸銅、丙酮酸銅、甲氧化銅、銅酮亞胺等之酮鹽、與如乙醯基丙酮、乙醯乙酸乙酯之1,3-二酮類、β-酮羧酸酯之銅錯合物、與單乙醇胺、吡啶 等之有機胺之銅胺錯合物。
又，舉例為乙酸鎳、三氟乙酸鎳、五氟丙酸鎳、草酸鎳、丙酸鎳、正丁酸鎳、異丁酸鎳、琥珀酸鎳、正戊酸鎳、異戊酸鎳、特戊酸鎳、正己酸鎳、己二酸鎳、正辛酸鎳、2-乙基己酸鎳、正癸酸鎳、新癸酸鎳、山萮酸鎳、硬脂酸鎳、油酸鎳、月桂酸鎳、甲基苯甲酸鎳、苯二甲酸鎳、2,6-二氯苯甲酸鎳、苯基乙酸鎳、對甲苯酸鎳、二羥甲基丙酸鎳、二羥甲基丁酸鎳、乙醯乙酸鎳、丙醯乙酸鎳、α-甲基乙醯乙酸鎳、α-乙基乙醯乙酸鎳、異丁醯乙酸鎳、苯甲醯乙酸鎳、乙醛酸鎳、丙酮酸鎳等之鎳鹽、與如乙醯基丙酮、乙醯乙酸乙酯之1,3-二酮類、β-酮羧酸酯之鎳錯合物、與單乙醇胺、吡啶等之有機胺之鎳胺錯合物。
又，舉例為乙酸鈷、三氟乙酸鈷、五氟丙酸鈷、草酸鈷等、丙酸鈷、正丁酸鈷、異丁酸鈷、正戊酸鈷、異戊酸鈷、特戊酸鈷、正己酸鈷、正辛酸鈷、2-乙基己酸鈷、正癸酸鈷、新癸酸鈷、山萮酸鈷、硬脂酸鈷、油酸鈷、月桂酸鈷、甲基苯甲酸鈷、苯二甲酸鈷、2,6-二氯苯甲酸鈷、苯基乙酸鈷、對甲苯酸鈷、二羥甲基丙酸鈷、二羥甲基丁酸鈷、乙醯乙酸鈷、丙醯乙酸鈷、α-甲基乙醯乙酸鈷、α-乙基乙醯乙酸鈷、異丁醯乙酸鈷、苯甲醯基乙酸鈷、乙醛酸鈷、丙酮酸鈷等之鈷鹽、與如乙醯基丙酮、乙醯乙酸乙酯之1,3-二酮類、β-酮羧酸酯之鈷錯合物、與單乙醇胺、吡啶等之有機胺之鈷胺錯合物。又，甲酸鹽、 雷酸銀、雷銀基於安全上較好不使用。又，源自礦酸之無機鹽由於副生礦酸而有腐蝕析出之金屬或其他零件之可能性故較好不使用。
更好係碳原子數為2~18之直鏈狀或分支狀之烷酸(CnH2n+1COOH，n為1~17之整數)之金屬鹽、於於α或β位具有羰基之羧酸金屬鹽、與1,3-二酮、β-酮基羧酸酯之金屬錯合物。碳原子數為2~18之直鏈狀或分支狀之烷酸(CnH2n+1COOH，n為1~17之整數)之金屬鹽中，新羧酸(烷酸中鍵結羧基之碳原子為4級之羧酸)金屬鹽為低熔點且分解性高而較佳。更好為乙酸金屬鹽、特戊酸金屬鹽、新癸酸金屬鹽、二羥甲基丙酸金屬鹽、二羥甲基丁酸金屬鹽、乙醯乙酸金屬鹽、丙醯乙酸金屬鹽、α-甲基乙醯乙酸金屬鹽、α-乙基乙醯乙酸金屬鹽、異丁醯乙酸金屬鹽、與乙醯基丙酮之金屬錯合物、與乙醯乙酸酯之金屬錯合物。
該等有機羧酸之金屬鹽及有機金屬錯合物由於於氧化物粒子或金屬粒子之原料中使用，故比使用對應之粒子更便宜，於製作如金屬間化合物之機能性金屬化合物時，可均一地以化學計量理論比進行反應。
上述(B)金屬材料包含(B1)金屬粒子。(B1)金屬粒子之平均粒徑較好為5nm~5μm，更好為10nm~3μm之範圍。又，期望(B1)金屬粒子表面不存在金屬氧化物，但即使於其一部分上存在金屬氧化物，藉由共存還原劑或具有還原作用之有機材料，藉由光照射或微波照射而可轉 化為導電圖型。
又，使用噴墨印刷時，尤其對粒徑之限制較大，作為(B1)金屬粒子之平均粒徑較好為5nm~500nm，更好為5nm~300nm之範圍。又該情況下(A)金屬化合物亦較好與(B1)金屬粒子相同平均粒徑或溶解於(D)溶劑中。
(B1)金屬粒子之平均粒徑小於5nm時，由於比表面積大而非常易於氧化故難以作為金屬奈米粒子使用，平均粒徑超過5μm時，使用如網版印刷之黏性高的墨水時亦易引起金屬粒子沉降，且有無法進行微細圖型印刷之問題。
又，上述所謂平均粒徑，意指於500nm以上之粒徑時，以雷射繞射/散射法，於未達500nm時係以動態散射法分別測定之個數基準之D50(中值徑)之粒徑。
上述(B)金屬材料可進而包含(B2)金屬奈米線及/或金屬奈米管。所謂(B2)金屬奈米線及/或金屬奈米管係直徑大小為奈米等級之尺寸的金屬，金屬奈米線係具有線狀形狀，金屬奈米管係具有多孔或非多孔之管狀形狀之導電性材料。本說明書中，「線狀」與「管狀」均為線狀，但前者意指中央不為中空，後者意指中央為中空者。性狀可為柔軟亦可為剛直。金屬奈米線或金屬奈米管可使用任一者，亦可混合兩者而使用。
(B2)金屬奈米線及/或金屬奈米管之外徑若過細則印刷性不良，且若過粗則燒結時電阻不易降低，故較 好為10nm~200nm，更好為15nm~100nm。長度若過短則無使用奈米線之效果，若過長則印刷性差，故較好為2μm~30μm，更好為5μm~20μm。又，使用噴墨印刷時，形狀之限制較大，宜以3根輥等混練為線長度較好為10μm以下，更好為5μm以下，又更好為2μm以下。
上述(B2)金屬奈米線及/或金屬奈米管與金屬粒子(B1)併用時，較好使用金屬奈米粒子及/或扁平金屬粒子作為金屬粒子(B1)。金屬奈米粒子係平均粒徑為1μm以下之球狀或角柱狀金屬粒子，粒徑過小時需要使用較多為了防止凝集之黏合劑成分，且粒徑過大時即使燒結電阻亦難以降低，故較好為5nm~800nm，更好為20nm~500nm。
又，所謂扁平金屬粒子為平板狀(扁平形狀)之金屬粒子。扁平金屬粒子之形狀以3萬倍倍率改變觀察部位以10點SEM觀察實測扁平金屬粒子之厚度與寬度，以其數平均值求得厚度，其厚度較好為5~200nm，更好為20nm~70nm之範圍。
扁平金屬粒子之厚度若超過200nm，則扁平金屬粒子之燒結溫度高，即使使用金屬鹽燒結後之體積電阻仍高。另一方面，若低於5nm，則扁平金屬粒子本身易凝集，無法維持此種極薄膜厚度。
關於長寬比(扁平金屬粒子之寬度/厚度)若某程度小則使用光燒成或微波加熱時易於吹飛，且某程度過大時印刷精度降低，進而有無法順利進行(B2)金屬奈米線 及/或金屬奈米管之分散的問題。因此，較佳之長寬比在5~200之範圍，更好為5~100之範圍。長寬比小於5時，不易展現導電性，大於200時難以進行微細圖型之印刷。
如前述，(A)金屬化合物與(B)金屬材料之調配比例係(A)金屬化合物之總量之金屬原子換算質量與(B)金屬材料之總質量比例為(A)金屬化合物：(B)金屬材料=80：20~2：98。(A)金屬化合物之比例超過80%時，隨(A)金屬化合物種類而定，有燒成時金屬以外成分之揮發量過於變多並且於光燒成時燒成時之每體積之發熱變小，而無法良好地燒結之情況。又，(A)金屬化合物之比例未達2%時，(B)金屬材料因(A)金屬化合物還原，藉燒結而無強固密著效果。較好(A)金屬化合物：(B)金屬材料=60：40~5：95。(B)金屬材料為(B1)金屬粒子時，較好(A)金屬化合物：(B)金屬材料=80：20~5：95((A)/(A)+(B1)=0.05~0.8)。併用(B1)金屬粒子與(B2)金屬奈米線及/或金屬奈米管作為(B)金屬材料，且使用金屬奈米粒子及/或扁平金屬粒子作為(B1)金屬粒子時，較好(A)金屬化合物：(B)金屬材料=60：40~2：98((A)/(A)+(B1)+(B2)=0.02~0.6)。又，併用(B1)金屬粒子與(B2)金屬奈米線及/或金屬奈米管作為(B)金屬材料時，(B1)金屬粒子之總金屬質量相對於(B2)金屬奈米線及/或金屬奈米管之總金屬質量之比例((B1)/(B2))較好為2~99。該比例超過99時，(B1)金屬粒子彼此之接著性低有 成為強度弱之導電圖型之虞。又，(B2)金屬奈米線及/或金屬奈米管多時，成本變高且印刷性變差，((B1)/(B2))未達2時難以展現高的導電性。併用(B1)金屬粒子與(B2)金屬奈米線及/或金屬奈米管作為(B)金屬材料時，(A)金屬化合物與(B)金屬材料之較佳調配比例，係(A)金屬化合物之總量之金屬原子換算質量與(B)金屬材料之總金屬質量比例為(A)金屬化合物：(B)金屬材料=50：50~3：97，更佳之調配比例為(A)金屬化合物：(B)(=(B1)+(B2))金屬材料=40：60~4：96。又，(B1)金屬粒子相對於(B2)金屬奈米線及/或金屬奈米管之更佳比例((B1)/(B2))為3~80，又更好為4~50。
又，為了將含(A)金屬化合物與(B)金屬材料之導電圖型形成用組成物供於印刷，而有必要添加黏合劑成分的(C)樹脂，但亦可使用兼作還原劑之有機樹脂。作為亦可兼用作還原劑之有機樹脂可使用如聚-N-乙烯基吡咯啶酮、聚-N-乙烯基己內醯胺、聚-N-乙烯基乙醯胺之聚-N-乙烯基化合物，如聚乙二醇、聚丙二醇、聚THF之聚烷二醇，如聚胺基甲酸酯、纖維素及其衍生物、環氧樹脂、聚酯、氯化聚烯烴、聚丙烯酸樹脂之熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂。其中若考慮黏合劑效果，較好為聚-N-乙烯基吡咯啶酮、聚-N-乙烯基乙醯胺、常溫為固體狀之苯氧型環氧樹脂、纖維素，若考慮還原效果，則較好為聚乙二醇、聚丙二醇、聚胺基甲酸酯。又，聚乙二醇、聚丙二醇歸入於多元醇之分類，特別是作為還原劑具有合適之特 性。
為了確保導電圖型與基材之密著性、維持分散性、防止沉降性而必須存在樹脂，但若使用過多則有難以展現導電性之問題，且若過少則使粒子彼此連接固定之能力變低。最適使用量比雖根據金屬材料之形狀而異，但一般(C)樹脂之使用量(c)相對於(A)金屬化合物之使用量(a)及(B)金屬材料之使用量(b)之合計量100質量份，為0.5~50質量份，較好為0.5~20質量份，又更好為1~10質量份，特佳為2~5質量份。
於導電圖型形成用組成物中為黏度調整用而調配(D)溶劑。使用之溶劑根據期望之印刷方法而不同，但可使用習知之有機溶劑或水。
本實施形態之該導電圖型形成用組成物中含有具有還原作用之化合物。作為前述(A)金屬化合物使用之有機金屬鹽、有機金屬錯合物係該等所具有之有機基本身具有還原作用。又，前述之(C)樹脂含有有機樹脂時或(D)溶劑含有有機溶劑時，該等具有還原作用。因此並無必要另外添加金屬氫化物、次磷酸等之所謂還原劑，但添加亦無妨。
作為具有還原作用之有機溶劑可使用如甲醇、乙醇、異丙醇、丁醇、環己醇、萜品醇之一元醇化合物，如乙二醇、丙二醇或甘油等多元醇，如乙酸、草酸、琥珀酸之羧酸，如丙酮、甲基乙基酮、苯甲醛、辛醛之羰基化合物，如二乙二醇單乙醚、二乙二醇單丁醚、1,4-環 己烷二甲醇單甲醚之醚化合物，如乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸苯酯、乙二醇單乙酸酯、二乙二醇單乙酸酯、丙二醇單乙酸酯、二乙二醇單乙醚單乙酸酯(乙基卡必醇乙酸酯)、二乙二醇單丁醚單乙酸酯(丁基卡必醇乙酸酯)、1,4-環己烷二甲醇單乙酸酯之酯化合物，如γ-丁內酯之內酯化合物，如己烷、辛烷、甲苯、萘、十氫萘、環己烷之烴化合物。其中，考慮還原劑效率時，宜為乙二醇、丙二醇或甘油等之多元醇、如乙酸、草酸之羧酸，考慮(C)樹脂之溶解性時，宜為如二乙二醇單乙醚、二乙二醇單丁醚、1,4-環己烷二甲醇單甲醚之醚化合物，如二乙二醇單乙醚單乙酸酯(乙基卡必醇乙酸酯)、二乙二醇單丁醚單乙酸酯(丁基卡必醇乙酸酯)、1,4-環己烷二甲醇單乙酸酯之酯化合物，如γ-丁內酯之內酯化合物。但，(A)金屬化合物之比例少時，亦可使用作為上述還原劑所列示以外之有機溶劑作為還原劑。
又，本實施形態之該導電圖型形成用組成物中，亦可存在習知之墨水添加劑(消泡劑或表面調整劑、觸變劑等)。
本實施形態之該導電圖型形成方法之特徵為準備上述導電圖型形成用組成物，對該導電圖型形成用組成物進行光照射或微波照射而生成自(A)金屬化合物生成之金屬與(B)金屬材料之燒結體以作成導電圖型。尤其藉由共存(A)金屬化合物，可使(B)金屬材料不僅藉由粒子彼此縮頸，亦藉源自(A)金屬化合物之金屬熔著，可成為更 強固之導電(金屬)圖型。認為係導電圖型形成用組成物中之(B)金屬材料藉由吸收光或微波之能量而發熱，促進(A)金屬化合物之還原，因還原而析出之金屬有助於(B)金屬材料間之接合、燒結。此處，所謂準備係指藉由例如網版印刷、凹版印刷等，或使用噴墨印表機等之印刷裝置於適當基板上以上述導電圖型形成用組成物形成任意形狀之組成物層。更具體而言，意指以上述導電圖型形成用組成物形成印刷圖型，或者於基板全面上形成上述導電圖型形成用組成物層(形成滿面圖型)等。
又，本說明書中，所謂導電圖型係指使上述導電圖型形成用組成物形成為印刷圖型，藉由光照射或微波照射而使源自(A)金屬化合物之金屬與(B)金屬材料燒結之結果，形成為圖型狀(包含滿面圖型)之由金屬所成之導電性金屬薄膜圖型(包含滿面圖型)。
照射於導電圖型形成用組成物之光較好為脈衝光。本說明書中，所謂「脈衝光」係指光照射期間(照射時間)為數微秒至數十毫秒之短時間之光，重複複數次光照射時係如圖1所示，於第一光照射期間(導通)與第二光照射期間(導通)之間具有未照射光之期間(照射間隔(斷開))之光照射。圖1係顯示為脈衝光之光強度固定，但光強度亦可於一次光照射期間(導通)內變化。上述之脈衝光係自具備氙氣閃光燈等之閃光燈之光源進行照射。使用此種光源，對上述導電圖型形成用組成物之層照射脈衝光。照射脈衝光之氛圍並未特別限制。可在大氣氛圍下實施。 亦可根據需要於惰性氛圍下實施。重複n次照射時，係反覆n次圖1之1循環(導通+斷開)。又，重複照射時，於進行下一次脈衝光照射之際，較好自基材側進行冷卻以使基材可冷卻至室溫附近。
又，作為上述脈衝光，可使用1pm~1m之波長範圍的電磁波，較好為10nm~1000μm之波長範圍之電磁波(自遠紫外線至遠紅外線)，進而更好為100nm~2000nm之波長範圍之電磁波。作為此種電磁波之例，舉例為γ射線、X射線、紫外線、可見光、紅外線等。又，考慮朝熱能之變換時，於波長過短時，對於進行圖型印刷之基板(樹脂基板)等之損傷較大而不佳。又，波長過長時由於無法有效率地吸收而發熱故不佳。因此，作為波長範圍，前述波長中尤其較好為紫外線至紅外線之範圍，更好為100~3000nm之範圍的波長。
脈衝光之1次照射時間(導通)較好約20微秒至約10毫秒之範圍。短於20微秒時無法進行燒結，導電膜之性能提升效果變低。且長於10毫秒時基板之因光劣化、熱劣化之不良影響變大。脈衝光之照射即使單發實施亦有效果，但亦可如上述反覆實施。反覆實施時，若考慮生產性則照射間隔(斷開)較好為20微秒至30秒，更好為2000微秒至5秒之範圍。短於20微秒時，成為接近連續光而於一次照射後無放冷時間就照射，故基材被加熱而溫度變高而有劣化之虞。又，長於30秒時，由於放冷進行雖不是完全無效果，但重複實施之效果減低。
又，導電圖型形成用組成物亦可藉由微波照射加熱。微波加熱導電圖型形成用組成物時所使用之微波為波長範圍1m~1mm(頻率為300MHz~300GHz)之電磁波。
微波之照射係以導電圖型形成用組成物形成印刷圖型或滿面圖型之基板之面維持為與微波之電力線方向(電場方向)略平行之狀態進行。此處所謂略平行係指基板之面與微波之電力線方向平行或對於電力線方向維持30度以內之角度之狀態。又，上述所謂30度以內之角度意指於基板之面立起之法線與電力線方向成為60度以上之角度之狀態。藉此限制貫通於基板上形成之導電圖型形成用組成物之膜(印刷圖型或滿面圖型)之電力線根數，可抑制火花發生。照射微波之氛圍並未特別限制。可在大氣氛圍下實施。根據需要亦可於惰性氛圍下實施。
又，作為上述基板並未特別限制，可採用例如塑膠基板、玻璃基板、陶瓷基板等。
[實施例]
以下具體說明本發明之實施例。又，以下之實施例係為了容易理解本發明者，本發明並非限定於該等實施例。
<糊劑(導電圖型形成用組成物)之製作> 調配例1
將乙醯基丙酮酸銀(Aldrich公司製)0.502g溶解於溶解有25質量% jER1256(三菱化學股份有限公司製，苯氧型環氧樹脂)之丁基卡必醇乙酸酯(二乙二醇單丁醚乙酸酯，DAICEL股份有限公司製)0.528g中，隨後與作為銀粒子之銀奈米片N300@BCA(TOKUSEN工業股份有限公司製，扁平銀粒子N300(厚：30nm，D50=470nm，Ag含量92.6質量%之丁基卡必醇乙酸酯分散糊劑))2.535g充分混合，作成分散糊劑。扁平銀粒子N300之D50係藉由日機裝股份有限公司製NANOTRACK UPA-EX150(動態光散射法)測定，求出球近似之粒徑的中值徑作為參考值。
調配例2
將乙酸銀(和光純藥工業股份有限公司製)0.509g在研缽中充分分散於溶解有25質量% jER1256(三菱化學股份有限公司製)之丁基卡必醇乙酸酯(二乙二醇單丁醚乙酸酯，DAICEL股份有限公司製)0.647g中，隨後與作為銀粒子之銀奈米片N300@BCA(TOKUSEN工業股份有限公司製，Ag含量92.6質量%之丁基卡必醇乙酸酯分散糊劑)3.141g充分混合，作成分散糊劑。
調配例3
將乙基乙醯乙酸銅(II)(STREM CHEMICALS公司製)0.508g溶解於0.286g丁基卡必醇乙酸酯(二乙二醇單丁醚乙酸酯，DAICEL股份有限公司製)者，溶解於溶解有25 質量% jER1256(三菱化學股份有限公司製)之丁基卡必醇乙酸酯(二乙二醇單丁醚乙酸酯，DAICEL股份有限公司製)0.201g中，隨後與作為銅粒子之1030Y(三井金屬礦業股份有限公司製，球狀，D50=385nm)0.894g充分混合，作成分散糊劑。1030Y之D50亦使用日機裝股份有限公司製NANOTRACK UPA-EX150(動態光散射法)同樣地求得。
調配例4
將2-乙基己酸銅(II)(STREM CHEMICALS公司製)0.918g溶解於0.349g丁基卡必醇乙酸酯(二乙二醇單丁醚乙酸酯，DAICEL股份有限公司製)者，溶解於溶解有25質量% jER1256(三菱化學股份有限公司製)之丁基卡必醇乙酸酯(二乙二醇單丁醚乙酸酯)0.364g中，隨後與作為銅粒子之1030Y(三井金屬礦業股份有限公司製)1.635g充分混合，作成分散糊劑。
調配例5
將油酸銅(II)(和光純藥工業股份有限公司製)1.264g溶解於0.447g丁基卡必醇乙酸酯(二乙二醇單丁醚乙酸酯，DAICEL股份有限公司製)者，溶解於溶解有25質量% jER1256(三菱化學股份有限公司製)之丁基卡必醇乙酸酯(二乙二醇單丁醚乙酸酯)0.259g中，隨後與作為銅粒子之1030Y(三井金屬礦業股份有限公司製)1.145g充分混合，作成分散糊劑。
調配例6
將乙醯基丙酮酸銀(Aldrich公司製)0.221g溶解於溶解有25質量% jER1256(三菱化學股份有限公司製)之丁基卡必醇乙酸酯(二乙二醇單丁醚乙酸酯，DAICEL股份有限公司製)0.471g中，隨後與作為銀粒子之銀奈米片N300@BCA(TOKUSEN工業股份有限公司製，Ag含量92.6質量%之丁基卡必醇乙酸酯分散糊劑)2.405g充分混合，作成分散糊劑。
調配例7
將乙醯基丙酮酸銀(Aldrich公司製)2.813g溶解於2.010g丁基卡必醇乙酸酯(二乙二醇單丁醚乙酸酯，DAICEL股份有限公司製)者，溶解於溶解有25質量% jER1256(三菱化學股份有限公司製)之丁基卡必醇乙酸酯(二乙二醇單丁醚乙酸酯，DAICEL股份有限公司製)0.586g中，隨後與作為銀粒子之銀奈米片N300@BCA(TOKUSEN工業股份有限公司製，Ag含量92.6質量%之丁基卡必醇乙酸酯分散糊劑)1.567g充分混合，作成分散糊劑。
比較調配例1
將乙酸銀(和光純藥工業股份有限公司製)2.016g與丁基卡必醇乙酸酯(二乙二醇單丁醚乙酸酯，DAICEL股份有限公司製)2.066g與溶解有25質量% jER1256(三菱化學股 份有限公司製)之丁基卡必醇乙酸酯(二乙二醇單丁醚乙酸酯，DAICEL股份有限公司製)0.274g於研缽中充分混合，作成分散糊劑。
比較調配例2
將作為銀粒子之銀奈米片N300@BCA(TOKUSEN工業股份有限公司製，Ag含量92.6質量%之丁基卡必醇乙酸酯分散糊劑)2.164g與溶解有25質量% jER1256(三菱化學股份有限公司製)之丁基卡必醇乙酸酯(二乙二醇單丁醚乙酸酯，DAICEL股份有限公司製)0.411g充分混合，作成分散糊劑。
比較調配例3
將乙基乙醯乙酸銅(II)(STREM CHEMICALS公司製)0.503g溶解於0.512g丁基卡必醇乙酸酯(二乙二醇單丁醚乙酸酯，DAICEL股份有限公司製)者，與溶解有25質量% jER1256(三菱化學股份有限公司製)之丁基卡必醇乙酸酯(二乙二醇單丁醚乙酸酯，DAICEL股份有限公司製)0.021g混合，使大致溶解者作為分散糊劑。
比較調配例4
將作為銅粒子之1030Y(三井金屬礦業股份有限公司製)2.503g分散於0.106g丁基卡必醇乙酸酯(二乙二醇單丁醚乙酸酯，DAICEL股份有限公司製)者，與溶解有25質 量% jER1256(三菱化學股份有限公司製)之丁基卡必醇乙酸酯(二乙二醇單丁醚乙酸酯，DAICEL股份有限公司製)0.501g充分混合，作成分散糊劑。
又，表1中彙總該等糊劑中之調配量。
<糊劑之塗佈>
使用棒塗佈器，於聚醯亞胺(PI)薄膜(KAPTON(註冊商標)100N，杜邦東麗股份有限公司)上塗佈為滿面狀(約10cm見方)。塗佈後，使用HIPSPEC橫型高溫器HT-320N(楠本化成股份有限公司製)於100℃-60分鐘使溶劑乾燥。
又，比較調配例1、3中，於塗膜本身產生不均，無法成為均一膜。認為於該等分散糊劑係因為僅調配金屬化合物而無法提高墨水中之金屬分之故。又，塗佈膜之膜厚係以MITUTOYO直進式MACROMICROMETER OMV-25M(MITUTOYO股份有限公司製)避開滿面膜之周邊部分切出2cm見方左右，測定所切出之樣品大約4角與中央合計5處，求得其平均值，自該值減去聚醯亞胺(PI)薄膜之膜厚而算出。
<燒成>
使用NovaCentrix公司製之氙氣照射裝置Pulse Forge3300對於塗佈調配例1~7及比較調配例2、4之分散糊劑之實施例1~7及比較例1、2之基板的分散糊劑圖型進行脈衝光照射。光燒成條件示於表2。
<體積電阻率之測定>
使用三菱化學股份有限公司製LORESTA(註冊商標)- GP MCP-T610 4探針法表面電阻率、體積電阻率測定裝置，測定所形成之薄膜導電圖型之燒成後之體積電阻率。結果示於表2。
併用銀化合物(金屬化合物)與銀粒子(金屬粒子)之實施例1、2、6、7比僅使用銀粒子(金屬粒子)之比較例1之電阻更低，併用銅化合物(金屬化合物)與銅粒子(金屬粒子)之實施例3~5比僅使用銅粒子(金屬粒子)之比較例2之電阻更低。
<棋盤剝離試驗>
使用附有新刀刃之切割刀對實施例1~7及比較例1、2之基板之塗膜(導電圖型)以1mm間隔切出11條切痕後，改變90°方向再切出11條形成100個1mm見方之棋盤格。以附著於切割之印刷面之方式貼附賽璐吩黏著膠帶，於賽璐吩黏著膠帶上以橡皮擦擦拭使膠帶附著於塗膜上。附著膠帶後1~2分鐘後抓住膠帶端對印刷面保持成直角瞬間拉離，依據舊JIS K5400以圖2所示基準進行判定。結果示於表2。
(銀奈米線墨水之製作)
將聚乙烯吡咯啶酮K-90(日本觸媒股份有限公司製)(0.049g)、AgNO3(0.052g)及FeCl3(0.04mg)溶解於2-甲基-1,3-丙二醇(12.5ml)中，於150℃加熱反應1小時。藉由離心分離單離所得析出物，使析出物乾燥獲得目的之銀奈米線120mg。該銀奈米線之任意100個以SEM(日立高科技股份有限公司製FE-SEM S-5200)觀察後，平均徑為90nm，平均長度為40μm。將銀奈米線分散於乙醇48g中，獲得銀濃度0.25質量%之分散液。
(銅奈米線之製作)
將十八烷胺0.648g(2.4mmol)、葡萄糖0.007g(0.04mmol)及氯化銅0.054g(0.4mmol)溶解於水30ml中，以油 浴溫度120℃反應24小時。藉由離心分離器使生成之奈米線沉降，依序以水、己烷及異丙醇洗淨，獲得銅奈米線。所得銅奈米線之任意100個以SEM(日立高科技股份有限公司製FE-SEM S-5200)觀察後，平均徑為40nm，平均長度為50μm。
所得銅奈米線40mg分散於異丙醇60g中，獲得銅濃度0.067質量%之分散液。
<糊劑(導電圖型形成用組成物)之製作> 調配例8
將乙醯基丙酮酸銀(Aldrich公司製)1.05g溶解於溶解有25質量% jER(註冊商標)1256(三菱化學股份有限公司製，苯氧型環氧樹脂)之丁基卡必醇乙酸酯(二乙二醇單丁醚單乙酸酯，DAICEL股份有限公司製)0.598g中，隨後與作為銀粒子之N300@BCA(TOKUSEN工業股份有限公司製，含有92.6質量%之扁平銀粒子N300(厚：30nm，D50=470nm)之丁基卡必醇乙酸酯分散糊劑)2.535g、含有銀奈米線之前述分散液48.12g充分混合，藉由蒸發器餾除乙醇，作成分散糊劑。扁平銀粒子N300之D50係藉由日機裝股份有限公司製NANOTRACK UPA-EX150(動態光散射法)測定，求出球近似之粒徑的中值徑作為參考值。
同樣，以表3所示之調配，製作調配例9~15、比較調配例5~8之糊劑。金屬粒子之1030Y及1005Y之D50亦使用上述日機裝股份有限公司製 NANOTRACK UPA-EX150同樣地求得。又，表中之濃度係以可將奈米線分散介質中使用之乙醇或異丙醇全部餾除者予以計算。
除了使用表3所示之調配例8~15及比較調配例5~8之糊劑以外，與實施例1~7及比較例1、2同樣，進行糊劑之塗佈、光燒成，進行體積電阻率之測定、棋盤剝離試驗。光燒成條件及體積電阻率之測定、棋盤剝離試驗結果彙總示於表4。
併用銀化合物(金屬化合物)與銀粒子(金屬粒子)及銀奈米線之實施例8、12、13、14、15比僅使用銀粒子(金屬粒子)之比較例3之電阻更低，併用銅化合物(金屬化合物)與銅粒子(金屬粒子)及銅奈米線之實施例9、10、11比僅使用銅粒子(金屬粒子)之比較例4之電阻更低。尤其若與前述實施例1~7之結果進行比較，可知藉由併用奈米線可更有效地降低電阻。
又，使用金屬化合物之系統，棋盤剝離試驗之成績亦提高，可知可更有效地使金屬彼此結合。

Claims (8)

  1. 一種導電圖型形成用組成物，其特徵係包含(A)選自碳原子數為2~18之有機羧酸之金屬鹽及不含有機羧酸作為配位子之有機金屬錯合物之至少一種之金屬化合物、(B)金屬材料、(C)樹脂及(D)溶劑；前述(A)選自碳原子數為2~18之有機羧酸之金屬鹽及不含有機羧酸作為配位子之有機金屬錯合物之至少一種之金屬化合物之總量之金屬原子換算質量與前述(B)金屬材料之總金屬質量之質量比例為(A)選自碳原子數為2~18之有機羧酸之金屬鹽及不含有機羧酸作為配位子之有機金屬錯合物之至少一種之金屬化合物：(B)金屬材料=80：20~2：98。
  2. 如請求項1之導電圖型形成用組成物，其中前述(B)金屬材料包含(B1)金屬粒子。
  3. 如請求項2之導電圖型形成用組成物，其中前述(B)金屬材料進而包含(B2)金屬奈米線及/或金屬奈米管。
  4. 如請求項1~3中任一項之導電圖型形成用組成物，其中構成前述(A)選自碳原子數為2~18之有機羧酸之金屬鹽及不含有機羧酸作為配位子之有機金屬錯合物之至少一種之金屬化合物及(B)金屬材料之金屬為銀、銅、鎳或鈷。
  5. 如請求項1~4中任一項之導電圖型形成用組成物，其中前述(A)選自碳原子數為2~18之有機羧酸之金屬鹽及不含有機羧酸作為配位子之有機金屬錯合物之至少一種之金屬化合物係碳原子數為2~18之烷酸之金屬鹽、於α或β位具有羰基之羧酸金屬鹽、或新羧酸(neocarboxylic acid)金屬鹽、與1,3-二酮或β-酮基羧酸酯之金屬錯合物。
  6. 如請求項1~5中任一項之導電圖型形成用組成物，其中前述(C)樹脂包含由聚-N-乙烯基吡咯啶酮、聚-N-乙烯基乙醯胺、常溫為固體狀之苯氧基型之環氧樹脂、纖維素、聚乙二醇、聚丙二醇、聚胺基甲酸酯所成之至少一種。
  7. 如請求項1~6中任一項之導電圖型形成用組成物，其中前述(D)溶劑包含自乙二醇、丙二醇、甘油、乙酸、草酸、二乙二醇單乙醚、二乙二醇單丁醚、二乙二醇單乙醚單乙酸酯(乙基卡必醇乙酸酯)、二乙二醇單丁醚單乙酸酯(丁基卡必醇乙酸酯)、γ-丁內酯所成之至少一種。
  8. 一種導電圖型形成方法，其特徵係準備如請求項1~7中任一項之導電圖型形成用組成物，對前述導電圖型形成用組成物進行光照射或微波照射。
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