WO2011078140A1 - スクリーン印刷用導電性ペースト - Google Patents

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WO2011078140A1
WO2011078140A1 PCT/JP2010/072948 JP2010072948W WO2011078140A1 WO 2011078140 A1 WO2011078140 A1 WO 2011078140A1 JP 2010072948 W JP2010072948 W JP 2010072948W WO 2011078140 A1 WO2011078140 A1 WO 2011078140A1
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conductive paste
screen printing
basic nitrogen
metal nanoparticles
nitrogen atom
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PCT/JP2010/072948
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翔 稲垣
餌取　秀樹
宏 五十住
正紀 笠井
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Dic株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a conductive paste for screen printing, which can be fired at a low temperature of 150 ° C. or lower and can be printed on a plastic substrate which cannot be printed at a high temperature.
  • nano silver a silver paste containing nanometer-sized silver particles (hereinafter referred to as nano silver) is finely patterned and printed by a screen method, and then fired at a low temperature of 150 ° C. or lower to form a conductive wiring. How to do is known.
  • the printing method makes it possible to provide inexpensive circuit wiring by reducing the number of processes and high throughput.
  • the substrate material is changed to conventional expensive polyimide, which is inexpensive and has low heat resistance, but can be easily formed into a thin film and is easy to be flexibly molded, such as polyethylene terephthalate (PET) or polyethylene naphthalate
  • PET polyethylene terephthalate
  • PEN polyethylene naphthalate
  • the use of silver paste using nano silver enables high-definition patterning and contributes to the realization of high-density packaging. This is because conventional silver paste using micrometer-size silver may clog fine pitch screen plates necessary for high-definition printing, whereas silver paste using nanosilver This is because there are no such disadvantages.
  • conductive pastes for printing have been proposed.
  • As the conductive paste for screen printing various kinds of conductive materials for screen printing containing metal nanoparticles protected with a polymer compound containing a basic nitrogen atom, a deprotecting agent for the metal nanoparticles, and an organic solvent. Sex pastes are known.
  • Patent Document 1 discloses a silver paste using nanosilver having an average particle size of 0.1 ⁇ m or less as a silver component.
  • this silver paste needs to be baked at 200 ° C. or higher in order to obtain a volume resistance of 10 ⁇ 5 ⁇ cm, it is difficult to print on a plastic substrate having insufficient heat resistance.
  • Patent Document 2 discloses a technique for lowering the firing temperature by irradiating energy rays before the firing step, but there is a problem that the plastic substrate is deteriorated by the energy rays.
  • a conductive paste that can provide a circuit wiring having a lower volume resistance value on a plastic substrate with lower heat resistance and energy ray durability by low-temperature firing is not yet known.
  • An object of the present invention is to use nanometal as a metal component to screen print using a fine pitch screen plate capable of forming a fine circuit, and to form a circuit wiring having lower resistance by low-temperature firing. It is to provide a metal paste that can be made.
  • the present inventors have found that metal nanoparticles (Y) protected with a conventional organic compound (X) containing a basic nitrogen atom, and deprotection of the metal nanoparticles.
  • the metal nanoparticle deprotecting agent (A) is an aliphatic monocarboxylic acid having 6 to 10 carbon atoms and / or unsubstituted.
  • the obtained conductive paste does not dissolve or swell general-purpose plastic (with low activity).
  • this invention contains the metal nanoparticle (Y) protected with the organic compound (X) containing a basic nitrogen atom, the deprotection agent (A) of the said metal nanoparticle, and the organic solvent (B).
  • the conductive paste for screen printing an aliphatic monocarboxylic acid having 6 to 10 carbon atoms and / or an unsubstituted aliphatic dicarboxylic acid anhydride is used as the deprotecting agent (A) for the metal nanoparticles, and Provided is a conductive paste for screen printing, wherein polyalkylene glycol is used as the organic solvent (B).
  • the conductive paste for screen printing of the present invention is an optimal monocarboxylic acid or dicarboxylic acid capable of desorbing an organic compound containing a basic nitrogen atom from the surface of a metal nanoparticle even at a lower temperature than a conventional deprotecting agent.
  • This conductive paste does not dissolve or swell general-purpose plastics (low activity), has less odor and toxicity, and can be printed by the screen printing method without deteriorating the working environment.
  • the organic solvent is volatilized, and it is possible to form a circuit wiring exhibiting a low resistance even when firing at a lower temperature than before.
  • the present invention contains metal nanoparticles (Y) protected with an organic compound (X) containing a basic nitrogen atom, a deprotecting agent (A) for the metal nanoparticles, and an organic solvent (B).
  • an aliphatic monocarboxylic acid having 6 to 10 carbon atoms and / or an unsubstituted aliphatic dicarboxylic acid anhydride is used as the deprotecting agent (A) for the metal nanoparticles, and an organic A conductive paste for screen printing using polyalkylene glycol as the solvent (B).
  • a metal nanoparticle (Y) protected with an organic compound (X) containing a basic nitrogen atom is composed of an organic compound (X) containing a basic nitrogen atom and a metal nanoparticle (Y).
  • the surface of the metal nanoparticles (Y) is in a state of being covered and protected by the organic compound (X) containing a basic nitrogen atom. In this state, since the metal nanoparticles (Y) are not exposed and the organic compound (X) containing basic nitrogen atoms forms an insulating layer, it is continuous only by applying the paste at room temperature. Although a film is formed, conductivity is not exhibited.
  • the organic compound (X) containing a basic nitrogen atom covering the metal nanoparticle (Y) reacts with the deprotecting agent (A) described later, whereby the metal nanoparticle (Y ) Develops electrical conductivity by fusing after exposure.
  • metal nanoparticles (Y) protected with an organic compound (X) containing such basic nitrogen atoms can be used.
  • the metal nanoparticle (Y) include metal particles such as gold, silver, copper, and platinum, but a fine pattern can be formed as compared to using similar metal particles of micrometer order, and after firing.
  • the metal nanoparticle having an average particle diameter of 1 to 50 nm is preferable because it is possible to further reduce the resistance value and to form a circuit wiring having excellent surface smoothness.
  • silver nanoparticles are easily coordinated to polyethyleneimine, which is a polymer compound containing an optimal basic nitrogen atom, whose metal ions are described later, and then easily in the presence of an appropriate reducing agent at room temperature or in a heated state. It is particularly preferred because it is reduced.
  • the “average particle size” referred to here is represented by a volume average value measured by a dynamic light scattering method after the particles are diluted with a good dispersion solvent.
  • the dispersion good solvent in the case of silver nanoparticles having an average particle diameter of 1 to 50 nm protected with an organic compound containing a basic nitrogen atom is water.
  • Nanotrac UPA-150 manufactured by Microtrac can be used.
  • the organic compound (X) containing a basic nitrogen atom a low molecular organic compound such as a monoalkylamine or polyoxyalkyleneamine having a primary amino group such as dodecylamine can also be used.
  • a polymer organic compound hereinafter referred to as a polymer compound.
  • a high molecular compound containing a basic nitrogen atom for example, a high molecular compound having a polyalkyleneimine chain (a) and a hydrophilic segment (b) as described in WO2008 / 143061. Is optimal.
  • examples of the optimum polymer compound include a polymer compound having a polyalkyleneimine chain (a).
  • the imino structure has a basic nitrogen atom, and since the alkyleneimine unit in the polyalkyleneimine chain (a) can be coordinated to a metal or metal ion, the polymer chain can immobilize the metal as nanoparticles. It is.
  • the structure is a polymer having an alkyleneimine unit of a secondary amine as a main repeating unit, and may be either a linear structure or a branched structure.
  • a branched structure is preferred when the polymer compound is reduced in particle size.
  • the degree of polymerization of the polyalkyleneimine chain (a) is not particularly limited, but the polyalkyleneimine chain (a ) Is usually in the range of 1 to 10,000, preferably in the range of 3 to 3,000, and more preferably in the range of 5 to 1,000.
  • the polyalkyleneimine chain (a) can be used without particular limitation as long as it is generally commercially available or can be synthesized, but from the viewpoint of industrial availability, a polyethyleneimine chain, A polypropyleneimine chain is preferred.
  • the hydrophilic segment (b) constituting the polymer compound used in the present invention has a high affinity with a solvent when the polymer compound is dispersed in a hydrophilic solvent such as water. Is a segment that retains dispersion stability when formed. Further, when dispersed in a hydrophobic solvent, the hydrophilic segment (b) has a role of forming a core of the dispersion due to a strong associative force within the molecule or between the molecules.
  • the degree of polymerization of the hydrophilic segment (b) is not particularly limited, but it is possible to ensure dispersion stability when dispersed in a hydrophilic solvent and prevent aggregation, and a high associative force when dispersed in a hydrophobic solvent.
  • the polymerization degree in the case of a polyoxyalkylene chain is particularly preferably 5 to 500.
  • the hydrophilic segment (b) can be used without particular limitation as long as it is generally made of a commercially available or synthesizable hydrophilic polymer chain.
  • a nonionic polymer is preferable because a dispersion having excellent stability can be obtained.
  • hydrophilic segment (b) examples include polyoxyalkylene chains such as polyoxyethylene chains and polyoxypropylene chains, polymer chains composed of polyvinyl alcohols such as polyvinyl alcohol and partially saponified polyvinyl alcohol, polyhydroxyethyl acrylate, Polymer chains composed of water-soluble poly (meth) acrylic esters such as hydroxyethyl methacrylate, dimethylaminoethyl acrylate, dimethylaminoethyl methacrylate, polyacetylethyleneimine, polyacetylpropyleneimine, polypropionylethyleneimine, polypropionylpropyleneimine
  • polyacylalkyleneimine chains having hydrophilic substituents such as polyacrylamide, polyisopropylacrylamide, and polyvinylpyrrolidone
  • Polymer chains composed of reacrylamides and the like can be mentioned. Among them, a dispersion having particularly excellent stability is obtained, and it is a polyoxyalkylene chain from the
  • the metal nanoparticles protected with the above-described polymer compound containing a basic nitrogen atom include a polymer compound having a polyalkyleneimine chain (a), a hydrophilic segment (b) and a hydrophobic segment (c).
  • the hydrophobic segment (c) constituting the polymer compound suitably used in the present invention has a strong intramolecular or intermolecular relationship when the polymer compound is dispersed in a hydrophilic solvent such as water.
  • a hydrophilic solvent such as water.
  • the core of the dispersion is formed and has a role of forming a stable dispersion.
  • the segment when dispersed in a hydrophobic solvent, the segment has a high affinity with the solvent and retains the dispersion stability when a dispersion is formed.
  • the hydrophobic segment (c) can be used without particular limitation as long as it is generally composed of a residue of a hydrophobic compound that is commercially available or can be synthesized.
  • polystyrenes such as polystyrene, polymethylstyrene, polychloromethylstyrene, polybromomethylstyrene, polyacrylic acid methyl ester, polymethacrylic acid methyl ester, polyacrylic acid 2-ethylhexyl ester, polymethacrylic acid 2-ethylhexyl ester, etc.
  • Water-insoluble poly (meth) acrylic acid esters include such residues of the resin and polycarbonate, also a residue of a single compound or a residue of a compound obtained by previously reacting the two or more different compounds.
  • the epoxy resin residue is not only the industrial availability and ease of handling of the compound used as a raw material, but also the polymer compound (X). Judging comprehensively such as high hydrophobic associating power, it is the most suitable hydrophobic segment.
  • the degree of polymerization of the hydrophobic segment (c) is not particularly limited, but when dispersed in a hydrophilic solvent, from the viewpoint of ensuring high dispersion stability and preventing aggregation at the time of dispersion, When dispersed in a hydrophobic solvent, it is usually 1 to 10,000 from the viewpoint of high dispersibility and maintaining affinity with the solvent.
  • Polystyrenes, poly (meth) acrylates, hydrophobic substitution In the case of a polyacylalkylenimine having a group, it is preferably 3 to 3,000, more preferably 10 to 1,000.
  • the degree of polymerization is usually 1 to 50, preferably 1 to 30, and particularly 1 to 20. Is preferred.
  • the method for producing the optimum polymer compound used in the present invention is not particularly limited.
  • a typical synthesis example of a polymer compound will be described.
  • (I) A commercially available product is used as the branched polyalkyleneimine, and a tosyl derivative of polyethylene glycol monomethyl ether is used as the hydrophilic polymer.
  • the hydrophilic polymer can be obtained, for example, by reacting polyethylene glycol monomethyl ether and tosyl chloride in a polar solvent in the presence of pyridine. Further, when a hydrophobic polymer is used, an epoxy resin having an epoxy group at the terminal is used as the hydrophobic polymer.
  • polyethyleneimine is dissolved in a polar solvent and reacted with a tosyl derivative of polyethylene glycol monomethyl ether at 100 ° C.
  • a polymer compound having a polyethylene glycol-polyethyleneimine-epoxy resin structure can be obtained by synthesizing and then adding an epoxy resin in a mixed solvent of acetone and methanol and reacting at 60 ° C.
  • the proportion of each component in the polymer compound is, for example, in the case of a polyalkyleneimine chain and in the case of a ternary system, the polyalkyleneimine chain (a), the hydrophilic segment (b), the hydrophobic segment (c).
  • the ratio (a) :( b) :( c) of the degree of polymerization of the polymer constituting the chain of each component is not particularly limited, but the associating force and dispersion of the resulting metal nanoparticle dispersion From the viewpoint of excellent stability and storage stability, it is usually in the range of 5,000: 5 to 5,000,000: 1 to 5,000,000.
  • the metal nanoparticle (Y) protected with the organic compound (X) containing a basic nitrogen atom has a content of the organic compound (X) in terms of non-volatile content, and the content of the organic compound (X) is in the metal nanoparticle (Y).
  • a metal nanoparticle protected with a polymer compound containing a basic nitrogen atom which is optimal in the present invention, comprises a metal oxide or a metal oxide in a medium in which a compound having a polyalkyleneimine chain and a hydrophilic segment is dispersed. It can be easily obtained by adding a metal ion solution, reducing the metal oxide or ion, and stabilizing it as metal nanoparticles.
  • the metal nanoparticle dispersion produced in this way is excellent in dispersion stability and storage characteristics, and potentially has an electrical function possessed by the metal nanoparticles.
  • the metal nanoparticles (Y) protected with the organic compound (X) containing a basic nitrogen atom are 65% or more based on the mass of the nonvolatile content. It is preferable to make it contain, and it is especially preferable to make it contain so that it may become 70 to 90%. In order to improve screen printing characteristics, it is effective to increase the non-volatile content in the conductive paste. For this reason, when a separate binder resin is used in combination, it is protected with an organic compound (X) containing basic nitrogen atoms.
  • the non-volatile content in the conductive paste of the formed metal nanoparticles (Y) is reduced, but also the added binder resin remains in the film, and the conductivity of the corner is lowered.
  • the combined use of the binder resin as the third component is preferably limited to the minimum amount within a range in which the decrease in conductivity is acceptable.
  • the metal nanoparticles (Y) protected with the organic compound (X) containing a basic nitrogen atom can be arbitrarily nonvolatile in a liquid medium containing a polyalkylene glycol or other organic solvent contained in the conductive paste. In minutes.
  • the metal nanoparticles (Y) protected with the organic compound (X) containing a basic nitrogen atom can be used as a dispersion dispersed in the liquid medium described above, but the organic compound containing a basic nitrogen atom ( In the case of obtaining the conductive paste of the present invention containing the metal nanoparticles (Y) protected with X) so as to be 65% or more, the organic compound (X) containing the basic nitrogen atom described above is obtained. Instead of concentrating the dispersion containing the metal nanoparticles (Y) protected with a low non-volatile content, it is preferable to use a non-volatile content from which the liquid medium has been removed by spray drying or freeze drying.
  • the dispersion previously dispersed in the liquid medium can increase the non-volatile content by, for example, concentration, but it is not stable, and may cause separation or aggregation when formed into a conductive paste.
  • a metal nanoparticle (Y) protected with an organic compound (X) containing no basic nitrogen atom simply diluting it to an arbitrary nonvolatile content, without impairing stability even at a high nonvolatile content, An excellent conductive paste can be obtained.
  • the deprotecting agent (A) is an organic compound containing a basic nitrogen atom protecting the metal nanoparticle itself in the metal nanoparticle (Y) protected with the organic compound (X) containing a basic nitrogen atom. It has a function of exposing the metal nanoparticles (Y) by reacting with the compound (X).
  • the metal nanoparticle (Y) protected with the organic compound (X) containing a basic nitrogen atom is baked at an appropriate temperature or higher, the organic compound (X) containing a basic nitrogen atom is converted into a deprotecting agent (A ), The reaction product remains in the film, but the metal nanoparticles (Y) themselves are fused after exposure to form a continuous film of metal.
  • a deprotecting agent A
  • an aliphatic monocarboxylic acid having 6 to 10 carbon atoms and / or an unsubstituted aliphatic dicarboxylic acid anhydride is used as the deprotecting agent (A) for the metal nanoparticles.
  • the aliphatic monocarboxylic acid having 6 to 10 carbon atoms include caproic acid, enanthic acid, caprylic acid, pelargonic acid, capric acid and the like.
  • unsubstituted aliphatic dicarboxylic acid anhydride examples include aliphatic dicarboxylic acid anhydrides having no substituent in the alicyclic structure, such as succinic anhydride, glutaric anhydride, and hexahydrophthalic anhydride. These may be used alone or in combination of two or more.
  • aliphatic monocarboxylic acids having 6 to 10 carbon atoms and / or unsubstituted aliphatic dicarboxylic acid anhydrides do not react with the organic compound (X) containing a basic nitrogen atom at room temperature, It is difficult to volatilize at the heating temperature, has excellent miscibility with organic compounds (X) and metal nanoparticles (Y) containing basic nitrogen atoms, and has excellent dispersion stability without separation, aggregation, sedimentation, etc. It is a deprotecting agent (A) having an excellent characteristic that has not been obtained so far, in that a conductive paste can be obtained, and even if it remains in the film, a dry film can be obtained.
  • the deprotecting agent (A) is 0.05 to 40 per 1 mol of the basic nitrogen atom in the organic compound (X) containing the basic nitrogen atom in terms of mass. It is preferable to use so that it may become a mole. Viewpoints of maximum effect in deprotection based on reaction between basic nitrogen atom and acid group (or acid anhydride group), and prevention of maximum decrease in conductivity decrease due to deprotecting agent (A) itself remaining on film Therefore, it is preferable to use the deprotecting agent (A) and the organic compound (X) containing a basic nitrogen atom in an appropriate ratio. From such a viewpoint, the deprotecting agent (A) is 0.1 to 5 mol per 1 mol of the basic nitrogen atom in the organic compound (X) containing the basic nitrogen atom. It is preferable to use for.
  • the maximum effect in deprotection based on the reaction between a basic nitrogen atom and an acid group (or acid anhydride group), and the deprotection agent (A) itself on the coating From the viewpoint of preventing the decrease in conductivity due to the residue from being maximized, it is preferable to use the deprotecting agent (A) and the organic compound (X) containing a basic nitrogen atom in an accurate ratio. From such a point of view, the deprotecting agent (A) is 0.2 to 40 mol per mol of the basic nitrogen atom in the organic compound (X) containing the basic nitrogen atom in terms of mass. It is preferable.
  • the organic solvent (B) is used for applying the metal nanoparticles (Y) protected by the polymer compound (X) containing a basic nitrogen atom and the deprotecting agent (A) on a substrate based on various materials. It has the function of preparing in liquid form.
  • a substrate material not only inorganic materials and organic plastic materials having high heat resistance and high rigidity such as glass, ceramics, polyimide, etc., but also heat resistance and energy ray durability are lower and / or thinning or It is assumed that a thermoplastic that can be easily flexible is used. Therefore, an organic solvent is selected that does not dissolve or swell these substrate materials, volatilizes at a lower temperature, can be fired at a lower temperature, has less odor and toxicity, and does not deteriorate the working environment. Used.
  • polyalkylene glycol is used as such an organic solvent (B).
  • a room temperature liquid polyalkylene glycol such as diethylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol, dipropylene glycol and tripropylene glycol is preferable. Since the polyalkylene glycol that starts volatilization has a low vapor pressure at room temperature and is difficult to volatilize, it is excellent in the preparation of conductive pastes for screen printing, and is protected by a polymer compound containing basic nitrogen atoms. It has excellent miscibility with particles, hardly causes separation, etc., and does not dissolve or swell the above-mentioned various thermoplastics. It can be baked at a lower temperature and has less odor and toxicity. In that the environment is less likely to deteriorate, Ri preferred.
  • the organic solvent (B) is 10 to 50 parts per 100 parts of the nonvolatile content of the metal nanoparticles (Y) protected with the organic compound (X) containing a basic nitrogen atom on a mass basis, thereby improving screen printing suitability. In view of this, it is preferably used in an amount of 15 to 30 parts.
  • the conductive paste for screen printing of the present invention comprises the above-described metal nanoparticles (Y) protected with an organic compound (X) containing a basic nitrogen atom, a deprotecting agent (A), and an organic solvent (B).
  • X organic compound containing a basic nitrogen atom
  • A deprotecting agent
  • B organic solvent
  • it can be prepared by stirring and dispersing under a shearing force.
  • the conductive paste of the present invention contains 65% or more of the metal nanoparticles (Y) protected with the organic compound (X) containing a basic nitrogen atom, based on the mass of the nonvolatile content. However, it is preferable to prepare such that it is contained in an amount of 70 to 90% from the viewpoint of excellent screen printability.
  • the conductive paste for screen printing of the present invention is used in an amount that does not adversely affect the dispersion stability of the paste and the performance of the film after firing, and if necessary, an antifoaming agent, surfactant, rheology.
  • an antifoaming agent such as a regulator, can be contained.
  • the thus obtained conductive paste for screen printing of the present invention is, for example, a thermoplastic such as PET, PEN, polycarbonate, etc., which has lower heat resistance and energy ray durability and / or can be easily made thin and flexible.
  • a circuit wiring pattern based on metal nanoparticles can be drawn on the substrate by coating the substrate so as to correspond to the circuit wiring and baking at 150 ° C. or lower.
  • thermoplastics described above are easy to mold and make the substrate thin.
  • the material is also inexpensive, so it is suitable for reducing the weight and size of the substrate. Therefore, using the conductive paste for screen printing of the present invention, which can be baked at 150 ° C. or lower, which is lower than before, without separately irradiating energy rays, and which can draw a fine pattern with excellent surface smoothness than before.
  • This polymer 1 0.288 g of an aqueous solution 58.8 g was added to silver oxide 5.0 g and stirred at 25 ° C. for 30 minutes. Subsequently, 33.6 g of ethylenediamine was gradually added with stirring. As a result, the reaction solution turned black brown and slightly exothermic, but was allowed to stand and stirred at 25 ° C. for 30 minutes. Thereafter, 7.6 g of a 10% ascorbic acid aqueous solution was gradually added with stirring. Stirring was continued for another 20 hours while maintaining the temperature to obtain a black-brown silver-containing nanostructure dispersion.
  • This dispersion is rapidly frozen at about ⁇ 30 ° C., further reduced in pressure, sublimed in a vacuum to dry the solvent, dried, and the silver nanoparticle protected with polymer 1 in which polyoxyethylene chains are bonded to branched polyethyleneimine.
  • a freeze-dried product of the particles was obtained (non-volatile content 92%).
  • This silver paste was screen-printed on a glass substrate in a 1 cm ⁇ 3 cm strip shape using a 400 mesh screen plate, and then baked in an oven at 150 ° C. for 30 minutes.
  • a conductive silver paste was produced in the same manner as in Example 1 except that 7 g of succinic anhydride in Example 1 was changed to 10 g of caprylic acid, and then screen printing suitability and conductivity were evaluated in the same manner as in Example 1. did.
  • Comparative Example 1 The lyophilized product of silver nanoparticles protected with a polymer compound having a polyalkylimine chain and a hydrophilic segment obtained in Production Example 1 was mixed at 45% with respect to water. The mixture was mixed with water, and a conductive silver paste containing the silver nanoparticles was prepared using a paint conditioner.
  • Comparative Example 2 Screen printing suitability and conductivity were evaluated in the same manner as in Example 1 except that succinic anhydride was not blended.
  • Comparative Example 3 (Experimental example corresponding to Patent Document 1) A conductive silver paste was produced in the same manner as in Example 1 except that 7 g of succinic anhydride in Example 1 was changed to 15 g of nonenyl succinic anhydride. Was evaluated.
  • the conductive paste of the present invention has screen printing suitability and can be fired at a lower temperature without irradiation with energy rays. As a result, it is clear that the obtained fired coating film has excellent surface smoothness and a resistance value lower than that of a conventional circuit wiring pattern.
  • the conductive paste of the above-described embodiment does not dissolve or swell general-purpose plastics (low activity), has less odor and toxicity, and can be printed by the screen printing method without deteriorating the working environment.
  • the organic solvent volatilized at a lower temperature than before, and a circuit wiring exhibiting a low resistance could be formed even when firing at a lower temperature than before.
  • the conductive paste of the present invention uses metal nanoparticles as a metal component and is prepared by combining a specific deprotecting agent and a specific organic solvent, a fine pitch screen plate capable of forming a fine circuit is prepared. It can be used for screen printing, and a circuit wiring having a lower resistance can be formed on a general-purpose plastic substrate having low heat resistance and low energy ray durability by low-temperature firing.

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Abstract

１５０℃以下での低温焼成が可能であり、高温では印刷不能なプラスチック製基板への印刷をも可能としたスクリーン印刷用導電性ペーストを提供する。塩基性窒素原子を含有する有機化合物（Ｘ）で保護された金属ナノ粒子（Ｙ）と、前記金属ナノ粒子の脱保護剤（Ａ）と、有機溶剤（Ｂ）とを含有するスクリーン印刷用導電性ペーストにおいて、前記金属ナノ粒子の脱保護剤（Ａ）として、炭素原子数６～１０の脂肪族モノカルボン酸及び／又は無置換脂肪族ジカルボン酸無水物を用い、かつ、有機溶剤（Ｂ）として、ポリアルキレングリコールを用いることを特徴とするスクリーン印刷用導電性ペースト。

Description

スクリーン印刷用導電性ペースト
　本発明は、１５０℃以下での低温焼成が可能であり、高温では印刷不能なプラスチック製基板への印刷をも可能としたスクリーン印刷用導電性ペーストに関する。
　近年、電子機器にはユビキタス時代に対応するために、当該電子機器の回路配線の製造において安価に高密度実装（微細回路形成）を実現できる技術が求められている。このような技術として、ナノメートルサイズの銀粒子（以下、ナノ銀）を構成成分とする銀ペーストをスクリーン方式によって微細パターニング印刷し、その後、１５０℃以下の低温で焼成することで導電配線を形成する方法が知られている。
　印刷法は、プロセス数の削減と高スループット性により安価な回路配線の提供を可能とする。また、１５０℃以下という低温焼成が出来れば、基板材料として、従来の高価なポリイミドに変わる、安価で耐熱性が低いが薄膜化が容易でフレキシブルに成型し易いポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）のような汎用プラスチックの使用が可能となる。さらに、ナノ銀を使用した銀ペーストの使用は、高精細なパターニングを可能とし、高密度実装の実現に寄与する。なぜなら、従来の、マイクロメートルサイズの銀を使用した銀ペーストは、高精細な印刷に必要なファインピッチのスクリーン版を目詰まりさせる恐れがあるのに対し、ナノ銀を使用した銀ペーストには、この様な欠点がないためである。
　この様な状況のもと各種印刷用導電性ペーストが提案されている。スクリーン印刷用導電性ペーストとしては、塩基性窒素原子を含有する高分子化合物で保護された金属ナノ粒子と、前記金属ナノ粒子の脱保護剤と、有機溶剤とを含有する各種のスクリーン印刷用導電性ペーストが知られている。
　例えば、特許文献１には、平均粒径が０．１μｍ以下のナノ銀を銀成分として使用した銀ペーストが開示されている。しかしながら、この銀ペーストは体積抵抗１０－５Ωｃｍを得るために２００℃以上で焼成する必要があるため、耐熱性が不充分なプラスチック基板上に印刷することが困難である。
　また、特許文献２には、焼成工程前にエネルギー線を照射することで焼成温度を下げる技術が開示されているが、プラスチック基板がエネルギー線により劣化するという問題がある。
　つまり、より低い体積抵抗値を持った回路配線を、耐熱性やエネルギー線耐久性がより低いプラスチック基板上に低温焼成で設けることが可能な導電性ペーストは未だ知られていない。
ＷＯ２００２／０３５５５４公報 特開２００６－２６６０２公報
　本発明の目的は、ナノ金属を金属成分として使用することで、微細回路形成が可能なファインピッチのスクリーン版を用いてスクリーン印刷できる上、低温焼成でより抵抗の低い回路配線を形成することが出来る金属ペーストを提供することにある。
　本発明者らは、前記実状に鑑みて鋭意検討した結果、従来の、塩基性窒素原子を含有する有機化合物（Ｘ）で保護された金属ナノ粒子（Ｙ）と、前記金属ナノ粒子の脱保護剤（Ａ）と、有機溶剤（Ｂ）とを含有する導電性ペーストにおいて、前記金属ナノ粒子の脱保護剤（Ａ）として、炭素原子数６～１０の脂肪族モノカルボン酸及び／又は無置換脂肪族ジカルボン酸無水物を用い、かつ、有機溶剤（Ｂ）として、ポリアルキレングリコールを用いることで、得られた導電性ペーストは、汎用プラスチックを溶解したり膨潤させたりせず（低活性で）、臭気や毒性もより小さく作業環境を悪化させずに、スクリーン印刷法にて印刷でき、しかも従来より低温で有機溶剤が揮発し、表面平滑性に優れ、従来より低温での焼成でも低抵抗を示す回路配線を形成できることを見い出し、本発明を完成するに至った。
　即ち本発明は、塩基性窒素原子を含有する有機化合物（Ｘ）で保護された金属ナノ粒子（Ｙ）と、前記金属ナノ粒子の脱保護剤（Ａ）と、有機溶剤（Ｂ）とを含有するスクリーン印刷用導電性ペーストにおいて、前記金属ナノ粒子の脱保護剤（Ａ）として、炭素原子数６～１０の脂肪族モノカルボン酸及び／又は無置換脂肪族ジカルボン酸無水物を用い、かつ、有機溶剤（Ｂ）として、ポリアルキレングリコールを用いることを特徴とするスクリーン印刷用導電性ペーストを提供する。
　本発明のスクリーン印刷用導電性ペーストは、従来の脱保護剤から、より低い温度でも、塩基性窒素原子を含有する有機化合物を金属ナノ粒子表面から脱離できる、最適なモノカルボン酸やジカルボン酸無水物を選択し、かつ、従来の有機溶剤から、従来よりも低温で揮発し、スクリーン印刷法にも適用でき、基板のプラスチックを侵さない最適な有機溶剤を選択して、これらを組み合わせて調製した導電性ペーストなので、汎用プラスチックを溶解したり膨潤させたりせず（低活性で）、臭気や毒性もより小さく作業環境を悪化させずに、スクリーン印刷法にて印刷でき、しかも従来より低温で有機溶剤が揮発し、従来より低温での焼成でも低抵抗を示す回路配線を形成できるという格別顕著な技術的効果を奏する。
　以下、本発明の詳細について説明する。
　本発明は、塩基性窒素原子を含有する有機化合物（Ｘ）で保護された金属ナノ粒子（Ｙ）と、前記金属ナノ粒子の脱保護剤（Ａ）と、有機溶剤（Ｂ）とを含有するスクリーン印刷用導電性ペーストにおいて、前記金属ナノ粒子の脱保護剤（Ａ）として、炭素原子数６～１０の脂肪族モノカルボン酸及び／又は無置換脂肪族ジカルボン酸無水物を用い、かつ、有機溶剤（Ｂ）として、ポリアルキレングリコールを用いることを特徴とするスクリーン印刷用導電性ペーストである。
　塩基性窒素原子を含有する有機化合物（Ｘ）で保護された金属ナノ粒子（Ｙ）は、塩基性窒素原子を含有する有機化合物（Ｘ）と、金属ナノ粒子（Ｙ）とから構成されるものであり、金属ナノ粒子（Ｙ）の表面は、塩基性窒素原子を含有する有機化合物（Ｘ）で被覆され保護された状態となっている。この状態では、金属ナノ粒子（Ｙ）が露出しておらず、塩基性窒素原子を含有する有機化合物（Ｘ）が絶縁層を形成しているため、当該ペーストを常温にて塗布しただけでは連続皮膜は形成されるも導電性は発現しない。しかしながら、所定温度において、金属ナノ粒子（Ｙ）を被覆している塩基性窒素原子を含有する有機化合物（Ｘ）が後記する脱保護剤（Ａ）と反応し、これにより、金属ナノ粒子（Ｙ）が露出後融着することで導電性が発現する。
　この様な塩基性窒素原子を含有する有機化合物（Ｘ）で保護された金属ナノ粒子（Ｙ）としては、公知慣用のものがいずれも使用できる。金属ナノ粒子（Ｙ）としては、例えば金、銀、銅、白金等の金属粒子が挙げられるが、マイクロメータオーダーの同様の金属粒子を用いるのに比べて、微細なパターンが形成でき、焼成後の抵抗値をより低減でき、表面平滑性に優れた回路配線の形成が可能となることから、平均粒子径１～５０ｎｍの金属ナノ粒子が好ましい。なかでも銀ナノ粒子は、その金属イオンが後記する最適な塩基性窒素原子を含有する高分子化合物であるポリエチレンイミンに配位した後、適当な還元剤の存在下、室温または加熱状態で容易に還元されるため特に好ましい。
　なお、ここで言う「平均粒子径」とは、粒子を分散良溶媒にて希釈し、動的光散乱法により測定された体積平均値で代表されるものである。例えば、塩基性窒素原子を含有する有機化合物で保護された平均粒子径１～５０ｎｍの銀ナノ粒子の場合の分散良溶媒は、水である。この測定には、マイクロトラック社製ナノトラックＵＰＡ－１５０を用いることが出来る。
　一方、塩基性窒素原子を含有する有機化合物（Ｘ）としては、例えばドデシルアミンの様な第１級アミノ基を有するモノアルキルアミン、ポリオキシアルキレンアミン等の低分子の有機化合物を用いることも出来るが、確実に金属ナノ粒子（Ｙ）を保護する観点から、高分子の有機化合物（以下、高分子化合物という。）を用いることが好ましい。この様な塩基性窒素原子を含有する高分子化合物としては、例えばＷＯ２００８／１４３０６１公報に記載されている様な、ポリアルキレンイミン鎖（ａ）と、親水性セグメント（ｂ）を有する高分子化合物が最適である。
　本発明において上記した最適な高分子化合物としては、ポリアルキレンイミン鎖（ａ）を有する高分子化合物が挙げられる。イミノ構造は、塩基性窒素原子を有し、ポリアルキレンイミン鎖（ａ）中のアルキレンイミン単位は金属又は金属イオンと配位結合可能であることから、金属をナノ粒子として固定化できる高分子鎖である。その構造は第二級アミンのアルキレンイミン単位を主な繰り返し単位とするポリマーであり、直鎖構造、分岐構造のいずれであってもよい。
　導電性ペーストの分散安定性を向上させるために、該高分子化合物を小粒径化する場合、分岐構造が好ましい。
　ポリアルキレンイミン鎖（ａ）の重合度としては特に限定されるものではないが、金属ナノ粒子の固定化能力や分散時の粒子径の巨大化を防止の観点から、前記ポリアルキレンイミン鎖（ａ）の重合度としては通常１～１０，０００の範囲であり、３～３，０００の範囲であることが好ましく、５～１，０００の範囲であることがより好ましい。
　前記ポリアルキレンイミン鎖（ａ）は一般的に市販、又は合成可能なものであれば、特に限定されることなく使用することができるが、工業的な入手の容易さ等から、ポリエチレンイミン鎖、ポリプロピレンイミン鎖であることが好ましい。
　本発明において使用する高分子化合物を構成する親水性セグメント（ｂ）は、該高分子化合物を水等の親水性溶媒中に分散した場合には、溶媒との高い親和性を有し、分散体を形成した際に分散安定性を保持するセグメントである。また疎水性溶媒中に分散した場合は、該親水性セグメント（ｂ）の分子内又は分子間相互の強い会合力により、分散体のコアを形成する役割を有する。親水性セグメント（ｂ）の重合度は特に限定されるものではないが、親水性溶媒中に分散させる場合の分散安定性の確保と凝集防止、疎水性溶媒中に分散させる場合の高い会合力と溶媒との親和性の確保の観点から、通常１～１０，０００であり、３～３，０００であることが好ましく、製造方法の容易さ等の点から５～１，０００であることがより好ましい。さらにポリオキシアルキレン鎖である場合の重合度としては５～５００であることが特に好ましい。
　親水性セグメント（ｂ）は一般的に市販、又は合成可能な親水性のポリマー鎖からなるものであれば特に限定されることなく使用することができる。特に親水性溶媒中では、安定性に優れた分散体が得られる点から、ノニオン性のポリマーからなるものであることが好ましい。
　親水性セグメント（ｂ）としては、例えば、ポリオキシエチレン鎖、ポリオキシプロピレン鎖等のポリオキシアルキレン鎖、ポリビニルアルコール、部分けん化ポリビニルアルコール等のポリビニルアルコール類からなるポリマー鎖、ポリヒドロキシエチルアクリレート、ポリヒドロキシエチルメタクリレート、ジメチルアミノエチルアクリレート、ジメチルアミノエチルメタクリレート等の水溶性のポリ（メタ）アクリル酸エステル類からなるポリマー鎖、ポリアセチルエチレンイミン、ポリアセチルプロピレンイミン、ポリプロピオニルエチレンイミン、ポリプロピオニルプロピレンイミン等の親水性置換基を有するポリアシルアルキレンイミン鎖、ポリアクリルアミド、ポリイソプロピルアクリルアミド、ポリビニルピロリドン等のポリアクリルアミド類からなるポリマー鎖等を挙げることができ、これらの中でも、安定性に特に優れた分散体が得られ、また、工業的入手が容易である点から、ポリオキシアルキレン鎖であることが好ましい。
　前記した塩基性窒素原子を含有する高分子化合物で保護された金属ナノ粒子は、ポリアルキレンイミン鎖（ａ）、親水性セグメント（ｂ）に、更に、疎水性セグメント（ｃ）を有する高分子化合物で保護された金属ナノ粒子（Ｙ）であってもよい。
　本発明において好適に使用される高分子化合物を構成する疎水性セグメント（ｃ）は、該高分子化合物を水等の親水性溶媒中に分散した場合には、分子内又は分子間相互の強い会合力により、分散体のコアを形成し、安定な分散体を形成する役割を有する。また疎水性溶媒中に分散した場合は、溶媒との高い親和性を有し、分散体を形成した際の分散安定性を保持するセグメントである。
　疎水性セグメント（ｃ）は一般的に市販、又は合成可能な疎水性の化合物の残基からなるものであれば特に限定されることなく使用することができる。例えば、ポリスチレン、ポリメチルスチレン、ポリクロロメチルスチレン、ポリブロモメチルスチレン等のポリスチレン類、ポリアクリル酸メチルエステル、ポリメタクリル酸メチルエステル、ポリアクリル酸２－エチルヘキシルエステル、ポリメタクリル酸２－エチルヘキシルエステル等の非水溶性のポリ（メタ）アクリル酸エステル類、ポリベンゾイルエチレンイミン、ポリベンゾイルプロピレンイミン、ポリ（メタ）アクリロイルエチレンイミン、ポリ（メタ）アクリロイルプロピレンイミン、ポリ〔Ｎ－｛３－（パーフルオロオクチル）プロピオニル｝エチレンイミン〕、ポリ〔Ｎ－｛３－（パーフルオロオクチル）プロピオニル｝プロピレンイミン〕等の疎水性置換基を有するポリアシルアルキレンイミン類のポリマーの残基や、エポキシ樹脂、ポリウレタン、ポリカーボネート等の樹脂の残基等が挙げられ、単独の化合物の残基でも、２種以上の異なる化合物を予め反応させて得られる化合物の残基であっても良い。
　以上に挙げた疎水性セグメント（ｃ）のなかでも、エポキシ樹脂の残基は、原料として用いる化合物の工業的入手容易性、取り扱いの容易さだけでなく、高分子化合物（Ｘ）としたときの疎水性会合力の高さ等、総合的に判断して、最適な疎水性セグメントである。
　また、疎水性セグメント（ｃ）の重合度としては特に限定されるものではないが、親水性溶媒中に分散させる場合は、高い分散安定性の確保と分散時の凝集の防止の観点から、また疎水性溶媒中に分散させる場合は、高い分散性と、溶媒との親和性の保持の観点から、通常１～１０，０００であり、ポリスチレン類、ポリ（メタ）アクリル酸エステル類、疎水性置換基を有するポリアシルアルキレンイミン類等の場合には３～３，０００であることが好ましく、１０～１，０００であることがより好ましい。また、エポキシ樹脂類、ポリウレタン類、ポリカーボネート類等の樹脂の残基からなる場合は、その重合度としては通常１～５０であり、１～３０であることが好ましく、特に１～２０であることが好ましい。
　本発明で用いる上記最適な高分子化合物の製造方法は、特に限定されるものではない。
分岐状ポリアルキレンイミン鎖は前述したとおり、市販又は合成したものを用いることができる。
　高分子化合物の代表的な合成例を記す。（Ｉ）分岐状ポリアルキレンイミンは市販品を用い、親水性ポリマーとしてはポリエチレングリコールモノメチルエーテルのトシル体を用いる。該親水性ポリマーは例えば、ポリエチレングリコールモノメチルエーテルとトシルクロライドを極性溶媒中、ピリジンの存在下で反応させることによって得ることができる。更に疎水性ポリマーを用いる場合は、疎水性ポリマーとしては末端にエポキシ基を有するエポキシ樹脂を用いる。この組み合わせの場合には、はじめにポリエチレンイミンを極性溶媒に溶解し、炭酸カリウム等の塩基存在下で、ポリエチレングリコールモノメチルエーテルのトシル体と１００℃で反応させ、ポリエチレングリコールとポリエチレンイミン構造を有する化合物を合成し、この後、アセトンとメタノールとの混合溶媒中、エポキシ樹脂を加えて、６０℃で反応させることにより、ポリエチレングリコール－ポリエチレンイミン－エポキシ樹脂の構造を有する高分子化合物を得ることができる。
　上記高分子化合物中の各成分の割合は、例えば、ポリアルキレンイミン鎖の場合で、且つ、三元系の場合、ポリアルキレンイミン鎖（ａ）、親水性セグメント（ｂ）、疎水性セグメント（ｃ）の各成分の鎖を構成するポリマーの重合度の比（ａ）：（ｂ）：（ｃ）としては、特に限定されるものではないが、得られる金属ナノ粒子分散体の会合力、分散安定性及び保存安定性に優れる点から、通常５，０００：５～５，０００，０００：１～５，０００，０００の範囲である。
　塩基性窒素原子を含有する有機化合物（Ｘ）で保護された金属ナノ粒子（Ｙ）は、不揮発分の質量換算で、前記有機化合物（Ｘ）の含有量が、前記金属ナノ粒子（Ｙ）に対して、１～５％の範囲となる様に調製することが、金属ナノ粒子表面が湿気や酸素に接触することなく、さらには、金属ナノ粒子が自己融着することなく、過不足なしに充分な保護が行なえると共に、後記する脱保護剤（Ａ）の使用量を少なくすることが出来る点で好ましい。
　本発明において最適である、塩基性窒素原子を含有する高分子化合物で保護された金属ナノ粒子は、ポリアルキレンイミン鎖と、親水性セグメントを有する化合物を分散した媒体中に、金属の酸化物又は金属のイオン溶液を加え、該金属の酸化物又はイオンを還元し、金属ナノ粒子として安定化することで容易に得ることが出来る。このようにして製造した金属ナノ粒子分散体は、分散安定性、保存特性に優れ、金属ナノ粒子が有する電気的機能を潜在的に有している。
　スクリーン印刷法に適した導電性ペーストを調製するに当たっては、不揮発分の質量基準で、塩基性窒素原子を含有する有機化合物（Ｘ）で保護された金属ナノ粒子（Ｙ）を６５％以上となる様に含有させることが好ましく、なかでも７０～９０％となる様に含有させることが特に好ましい。スクリーン印刷特性を向上させるに当たっては、導電性ペースト中の不揮発分を高めることは有効ではあるが、そのために、別途のバインダー樹脂を併用すると、塩基性窒素原子を含有する有機化合物（Ｘ）で保護された金属ナノ粒子（Ｙ）の導電性ペースト中の不揮発分が低下するばかりでなく、添加された当該バインダー樹脂が被膜中に残留することとなり、折角の導電性が低下するので、その様な第三成分としてのバインダー樹脂の併用は、導電性の低下が許容できる範囲の最少量にとどめることが好ましい。
　塩基性窒素原子を含有する有機化合物（Ｘ）で保護された金属ナノ粒子（Ｙ）は、導電性ペースト中に含有させるポリアルキレングリコールや、それ以外の有機溶剤を含む液媒体中で任意の不揮発分にて製造することができる。
　塩基性窒素原子を含有する有機化合物（Ｘ）で保護された金属ナノ粒子（Ｙ）は、上記した液媒体に分散した分散体として用いることも出来るが、塩基性窒素原子を含有する有機化合物（Ｘ）で保護された金属ナノ粒子（Ｙ）を６５％以上となる様に含有する上記した本発明の導電性ペーストを得る場合には、前記した塩基性窒素原子を含有する有機化合物（Ｘ）で保護された金属ナノ粒子（Ｙ）を低不揮発分で含有する分散体を濃縮するのではなく、その分散体を噴霧乾燥や凍結乾燥等で液媒体を除去した不揮発分を用いることが好ましい。予め液媒体に分散された分散体は、例えば濃縮することで、不揮発分を高めることは出来るが安定ではなくなり、導電性ペーストとした際に分離や凝集を起こす場合があるが、液媒体を含まない塩基性窒素原子を含有する有機化合物（Ｘ）で保護された金属ナノ粒子（Ｙ）からは、任意の不揮発分となる様に希釈するだけで、高い不揮発分でも安定性を損なうことなく、優れた導電性ペーストを得ることが出来る。
　脱保護剤（Ａ）は、塩基性窒素原子を含有する有機化合物（Ｘ）で保護された金属ナノ粒子（Ｙ）中で、金属ナノ粒子自体を保護している塩基性窒素原子を含有する有機化合物（Ｘ）と反応して、金属ナノ粒子（Ｙ）を露出させる機能を有するものである。
　塩基性窒素原子を含有する有機化合物（Ｘ）で保護された金属ナノ粒子（Ｙ）は、適性温度以上で焼成する際、塩基性窒素原子を含有する有機化合物（Ｘ）が脱保護剤（Ａ）と反応を起こすことで、その反応物は被膜に残留しているものの、金属ナノ粒子（Ｙ）自体が露出後融着し、金属の連続皮膜を形成し、それに基づく回路配線は導電性を呈する。
　本発明においては、前記金属ナノ粒子の脱保護剤（Ａ）として、炭素原子数６～１０の脂肪族モノカルボン酸及び／又は無置換脂肪族ジカルボン酸無水物が用いられる。炭素原子数６～１０の脂肪族モノカルボン酸としては、例えばカプロン酸、エナント酸、カプリル酸、ペラルゴン酸、カプリン酸等が挙げられる。無置換脂肪族ジカルボン酸無水物としては、例えば無水琥珀酸、無水グルタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸等の、脂環式構造に置換基を有さない脂肪族ジカルボン酸無水物が挙げられる。これらは、単独で用いても二種以上を併用しても良い。
　これらの、炭素原子数６～１０の脂肪族モノカルボン酸及び／又は無置換脂肪族ジカルボン酸無水物は、室温において塩基性窒素原子を含有する有機化合物（Ｘ）と反応せず、焼成時の加熱温度で揮発しにくく、塩基性窒素原子を含有する有機化合物（Ｘ）や金属ナノ粒子（Ｙ）との混和性にも優れており、分離、凝集、沈降等の無い分散安定性に優れた導電性ペーストが得られる、更には仮に被膜に残留したとしても乾燥した被膜が得られる等の点で、従来に無い優れた特徴を有する脱保護剤（Ａ）である。
　本発明の導電性ペーストを調製するに当たっては、質量換算で、塩基性窒素原子を含有する有機化合物（Ｘ）中の塩基性窒素原子１モル当たり、脱保護剤（Ａ）が０．０５～４０モルとなる様に用いることが好ましい。塩基性窒素原子と酸基（または酸無水物基）との反応に基づく脱保護における最大の効果と、脱保護剤（Ａ）自体の被膜への残留による導電性低下を最大減の防止の観点から、脱保護剤（Ａ）と塩基性窒素原子を含有する有機化合物（Ｘ）とを的確な比率で用いることが好ましい。この様な観点から、なかでも質量換算で、塩基性窒素原子を含有する有機化合物（Ｘ）中の塩基性窒素原子１モル当たり、脱保護剤（Ａ）が０．１～５モルとなる様に用いることが好ましい。
　本発明の導電性ペーストを調製するに当たっては、塩基性窒素原子と酸基（または酸無水物基）との反応に基づく脱保護における最大の効果と、脱保護剤（Ａ）自体の被膜への残留による導電性低下を最大減の防止の観点から、脱保護剤（Ａ）と塩基性窒素原子を含有する有機化合物（Ｘ）とを的確な比率で用いることが好ましい。この様な観点から、質量換算で、塩基性窒素原子を含有する有機化合物（Ｘ）中の塩基性窒素原子１モル当たり、脱保護剤（Ａ）が０．２～４０モルとなる様にすることが好ましい。
　有機溶剤（Ｂ）は、塩基性窒素原子を含有する高分子化合物（Ｘ）で保護された金属ナノ粒子（Ｙ）及び脱保護剤（Ａ）を、各種素材に基づく基板上に塗布するために液状に調製する機能を有するものである。本発明においては、基板素材として、ガラス、セラミックス、ポリイミド等の耐熱性が高くかつ剛性の大きい無機素材や有機プラスチック素材のみならず、より耐熱性やエネルギー線耐久性が低い及び／又は薄膜化やフレキシブル化が容易な熱可塑性プラスチックを用いることを想定している。そのため、これら基板素材を溶解させたり膨潤させることの無く、より低温で揮発し、より低い温度での焼成が可能であり、臭気や毒性もより小さく作業環境を悪化させることが少ない有機溶剤が選択して用いられる。
　本発明においては、この様な有機溶剤（Ｂ）としてポリアルキレングリコールが用いられる。この様なポリアルキレングリコールとしては、例えば、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール等の常温液体のポリアルキレングリコールが好ましく、中でも、トリエチレングリコールなどの１５０℃近傍で揮発を開始するポリアルキレングリコールが、室温での蒸気圧が低く揮発し難いため、スクリーン印刷用導電性ペーストの調製に優れており、塩基性窒素原子を含有する高分子化合物で保護された銀ナノ粒子との混和性に優れており分離等を起こし難く、しかも上記した各種熱可塑性プラスチックを溶解させたり膨潤させることが無く、より低い温度での焼成が可能であり、臭気や毒性もより小さく作業環境を悪化させることが少ない点で、より好ましい。
　有機溶剤（Ｂ）は、質量基準で、塩基性窒素原子を含有する有機化合物（Ｘ）で保護された金属ナノ粒子（Ｙ）の不揮発分１００部当たり、１０～５０部、スクリーン印刷適性を高める点で、好ましくは１５～３０部となる様に用いることが好ましい。
　本発明のスクリーン印刷用導電性ペーストは、上記した、塩基性窒素原子を含有する有機化合物（Ｘ）で保護された金属ナノ粒子（Ｙ）、脱保護剤（Ａ）及び有機溶剤（Ｂ）を、例えばせん断力下で撹拌分散させることで調製することが出来る。
　本発明の導電性ペーストは、上記した様に、不揮発分の質量基準で、塩基性窒素原子を含有する有機化合物（Ｘ）で保護された金属ナノ粒子（Ｙ）をペースト中６５％以上、なかでも７０～９０％含有する様に調製することが、スクリーン印刷適性に優れる点で好ましい。
　本発明のスクリーン印刷用導電性ペーストには、ペーストの分散安定性や焼成後の被膜の性能に悪影響を与えない範囲内の使用量で、必要に応じて、消泡剤、界面活性剤、レオロジー調整剤等の印刷特性や被膜特性を改善する公知慣用の添加剤を含有させることが出来る。
　こうして得られた本発明のスクリーン印刷用導電性ペーストを、例えば、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ポリカーボネート等の、従来より耐熱性やエネルギー線耐久性が低い及び／又は薄膜化やフレキシブル化が容易な熱可塑性プラスチック基板上に、回路配線に対応する様に塗布し、１５０℃以下で焼成することにより、金属ナノ粒子に基づく回路配線パターンが当該基板上に描画できる。
　ガラス、セラミックス、ポリイミド等は、剛性が高く、基板の薄膜化やフレキシブル化に手間がかかるだけでなく、素材自体が高価であるが、上記した熱可塑性プラスチックは成型が容易であり基板の薄膜化やフレキシブル化が容易であるばかりでなく、素材も安価であることから、基板の軽量化や小形化には適している。従って、エネルギー線を別途照射することなく、従来より低い１５０℃以下で焼成が可能であり、従来より表面平滑性に優れ微細なパターンを描画可能な、本発明のスクリーン印刷用導電性ペーストを用いて、回路配線を上記耐熱性やエネルギー線耐久性が低い及び／又は薄膜化やフレキシブル化が容易な熱可塑性プラスチック基板上に設けることで、軽量化された或いは小形化された電気電子部品を提供することが出来る。
〔実施例〕
　以下、実施例および比較例を用いて本発明をさらに詳細に説明する。以下の実施例および比較例において、「部」および「％」は、いずれも質量基準である。
製造例１
　窒素雰囲気下、メトキシポリエチレングリコール［Ｍｎ＝２，０００］２０．０ｇ（１０．０ｍｍｏｌ）、ピリジン８．０ｇ（１００．０ｍｍｏｌ）、クロロホルム２０ｍｌの混合溶液に、ｐ－トルエンスルホン酸クロライド９．６ｇ（５０．０ｍｍｏｌ）を含むクロロホルム（３０ｍｌ）溶液を、氷冷撹拌しながら３０分間滴下した。滴下終了後、浴槽温度４０℃でさらに４時間攪拌した。反応終了後、クロロホルム５０ｍｌを加えて反応液を希釈した。引き続き、５％塩酸水溶液１００ｍｌ、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液１００ｍｌ、そして飽和食塩水溶液１００ｍｌで順次に洗浄した後、硫酸マグネシウムで乾燥し、濾過、減圧濃縮した。得られた固形物をヘキサンで数回洗浄した後、濾過、８０℃で減圧乾燥して、トシル化された生成物２２．０ｇを得た。この化合物５．３９ｇ（２．５ｍｍｏｌ）、分岐状ポリエチレンイミン（アルドリッチ社製、分子量２５，０００）を２０．０ｇ（０．８ｍｍｏｌ）、炭酸カリウム０．０７ｇ及びＮ，Ｎ－ジメチルアセトアミド１００ｍｌを、窒素雰囲気下、１００℃で６時間攪拌した。得られた反応混合物に酢酸エチルとヘキサンの混合溶液（Ｖ／Ｖ＝１／２）３００ｍｌを加え、室温で強力攪拌した後、生成物の固形物を濾過した。その固形物を酢酸エチルとヘキサンの混合溶液（Ｖ／Ｖ＝１／２）１００ｍｌを用いて２回繰り返し洗浄した後、減圧乾燥して、ポリアルキレンイミン鎖（ａ）と、親水性セグメント（ｂ）とを有する高分子化合物（Ｘ）として、分岐状ポリエチレンイミンにポリオキシエチレン鎖が結合したポリマー１の固体を２４．４ｇ得た。
　このポリマー１　０．２９６ｇの水溶液５８．８ｇを酸化銀５．０ｇに加えて２５℃で３０分間攪拌した。引き続き、エチレンジアミン３３．６ｇを攪拌しながら徐々に加えたところ、反応溶液は黒褐色に変わり、若干発熱したが、そのまま放置して２５℃で３０分間攪拌した。その後、１０％アスコルビン酸水溶液７．６ｇを攪拌しながら徐々に加えた。その温度を保ちながらさらに２０時間攪拌を続けて、黒褐色の銀含有ナノ構造体の分散体を得た。この分散体をマイナス30℃程度で急速に凍結し、さらに減圧して真空状態で溶剤分を昇華させて乾燥し、分岐状ポリエチレンイミンにポリオキシエチレン鎖が結合したポリマー１で保護された銀ナノ粒子の凍結乾燥品を得た（不揮発分９２％）。これは、水を分散良溶媒として測定した、平均粒子径１～５０ｎｍの範囲にある銀ナノ粒子を含んだものであった。
　上記製造例１で得た、分岐状ポリアルキルイミン鎖にポリオキシエチレン鎖が結合したポリマー１で保護された銀ナノ粒子の凍結乾燥品２５５ｇと、トリエチレングリコール（以下、ＴＥＧと略記する）４５ｇ、無水琥珀酸７ｇをフーバーマーラーで分散混合し、導電性銀ペーストを調製した。
　この銀ペーストを、ガラス基板の上に４００メッシュスクリーン版を用いて１ｃｍ×３ｃｍの短冊状にスクリーン印刷し、その後、オーブンで１５０℃、３０分間焼成した。
　走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用い、倍率３０，０００倍で、焼成後の基板上の被膜が、表面平滑性に優れた連続膜となっているかを観察し、スクリーン印刷適性を評価した。
当該焼成後の基板上の被膜の導電性については、四探針法で抵抗値を測定することで評価した。
　実施例１における無水琥珀酸７ｇを、カプリル酸１０ｇにした以外は実施例１と同様にして、導電性銀ペーストを製造し、その後、実施例１と同様にしてスクリーン印刷適性と導電性を評価した。
比較例１
　上記製造例１で得た、ポリアルキルイミン鎖と親水セグメントを有する高分子化合物で保護された銀ナノ粒子の凍結乾燥品を、水に対して当該凍結乾燥品の配合比が４５％となるように水と混合し、ペイントコンディショナーを用いて当該銀ナノ粒子を含む導電性銀ペーストを調製した。
　この銀ペーストを、ガラス基板の上に、４００メッシュスクリーン版を用いて１ｃｍ×３ｃｍの短冊状にスクリーン印刷したところ、パターンがにじみ、当該銀ペーストにスクリーン印刷適性が無いことがわかった。当該ナノ銀をスピンコートにより製膜し、その後、オーブンで１５０℃、３０分間焼成し、その体積抵抗を測定した。
比較例２
　無水琥珀酸を配合しないことを除いて、実施例１と同様にして、スクリーン印刷適性および導電性の評価を行った。
比較例３（特許文献１に対応する実験例）
　実施例１における無水琥珀酸７ｇを、ノネニル無水コハク酸１５ｇにした以外は実施例１と同様にして、導電性銀ペーストを製造し、その後、実施例１と同様にしてスクリーン印刷適性と導電性を評価した。
　これら実施例１～２及び比較例１～３の評価結果を表１に示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
注　＊１）導電性銀ペースト中の、ポリアルキルイミン鎖と親水セグメントを有する高分子化合物で保護された銀ナノ粒子の不揮発分の含有量。
　実施例１～２と、比較例１～３の対比からわかる通り、本発明の導電性ペーストは、スクリーン印刷適性を有し、エネルギー線の照射がなくとも、より低温での焼成を行なうことが出来、結果、得られる焼成後の被膜は表面平滑性に優れ、その抵抗値も従来より低い、導電性に優れた回路配線パターンを描画できることが明らかである。
　尚、上記実施例ではガラス基板を用いて行った実験結果を示したが、市販のＰＥNフィルムを用いても、フイルムがへたることなく、同様な回路配線パターンを描画できることが確認できた。
　上記した実施例の導電性ペーストは、汎用プラスチックを溶解したり膨潤させたりせず（低活性で）、臭気や毒性もより小さく作業環境を悪化させずに、スクリーン印刷法にて印刷でき、しかも従来より低温で有機溶剤が揮発し、従来より低温での焼成でも低抵抗を示す回路配線を形成できた。
　本発明の導電性ペーストは、金属ナノ粒子を金属成分として使用し、特定の脱保護剤と特定の有機溶剤とを組み合わせて調製されているので、微細回路形成が可能なファインピッチのスクリーン版を用いてスクリーン印刷できる上、耐熱性やエネルギー線耐久性が低い汎用プラスチック基板上にも、低温焼成でより抵抗の低い回路配線を形成することが出来る。

Claims (4)

  1. 　塩基性窒素原子を含有する有機化合物（Ｘ）で保護された金属ナノ粒子（Ｙ）と、前記金属ナノ粒子の脱保護剤（Ａ）と、有機溶剤（Ｂ）とを含有するスクリーン印刷用導電性ペーストにおいて、前記金属ナノ粒子の脱保護剤（Ａ）として、炭素原子数６～１０の脂肪族モノカルボン酸及び／又は無置換脂肪族ジカルボン酸無水物を用い、かつ、有機溶剤（Ｂ）として、ポリアルキレングリコールを用いることを特徴とするスクリーン印刷用導電性ペースト。
  2. 　炭素原子数６～１０の脂肪族モノカルボン酸及び／又は無置換脂肪族ジカルボン酸無水物が、カプリル酸及び／又は無水琥珀酸である請求項１記載のスクリーン印刷用導電性ペースト。
  3. 　ポリアルキレングリコールが、トリエチレングリコールである請求項１記載のスクリーン印刷用導電性ペースト。
  4. 　塩基性窒素原子を含有する有機化合物（Ｘ）で保護された金属ナノ粒子（Ｙ）の不揮発分が、質量基準で７０％～９０％である請求項１記載のスクリーン印刷用導電性ペースト。
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