WO2013161966A1 - 導電性組成物 - Google Patents

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WO2013161966A1
WO2013161966A1 PCT/JP2013/062294 JP2013062294W WO2013161966A1 WO 2013161966 A1 WO2013161966 A1 WO 2013161966A1 JP 2013062294 W JP2013062294 W JP 2013062294W WO 2013161966 A1 WO2013161966 A1 WO 2013161966A1
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直行 塩澤
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太陽インキ製造株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a conductive composition, and more specifically, formation of a printed wiring board, particularly a conductive pattern circuit portion of a flexible printed wiring board, and a conductive pattern circuit portion formed on a front substrate and a rear substrate of a plasma display panel.
  • the present invention relates to an electrically conductive composition useful for.
  • thermosetting conductive composition is widely used for forming electrodes of a resistive film type touch panel, a pattern circuit portion of a printed wiring board, and the like by applying or printing on a film substrate, a glass substrate or the like and curing by heating. ing.
  • pattern formation is generally performed by screen printing using a conductive composition containing a large amount of metal powder or glass powder. It was broken.
  • resin base materials and heat-sensitive parts are often used due to light and thin products, and a low-resistance conductive material that cures at low temperatures is required.
  • a conductive composition in which metal particles such as silver as a conductive material are dispersed in a resin or the like is widely used for forming an electric circuit (see, for example, Patent Documents 1 to 3), and the conductive composition is used.
  • a method of forming a conductor circuit for example, a method of forming a pattern by printing or applying a conductive composition on a substrate and drying the pattern is known.
  • the circuit wiring width, wiring film thickness, and the like have become extremely fine, so that not only electrical resistance is reduced to a conductor formed using a conductive composition, but also high connection reliability is obtained. It has come to be required.
  • Patent Document 2 proposes a conductive composition that does not contain a resin. This conductive composition can form a conductor circuit with a low specific resistance even when dried at a low temperature of about 150 ° C., but it does not contain a resin, so depending on the type of base material, the adhesion becomes low and the base material is peeled off. In addition, it is difficult to form a smooth film.
  • Patent Document 3 proposes a conductive composition containing a flaky special silver powder having a thickness of 130 nm or less and a binder containing a halogen-containing organic resin.
  • this conductive composition can form a conductor circuit with a low specific resistance, there is a problem that the cost increases because a special silver powder is used.
  • a method of flaking silver powder with physical force using a ball mill using a grinding medium, a vibration mill, a stirring pulverizer or the like has been used. It was difficult to control the particle size of the flaky silver powder due to the occurrence of slag.
  • the direction of finer particles of silver powder and the use of flaky special silver powder are generally considered.
  • metal powder such as silver powder
  • a silver paste containing silver nanoparticles it is common to add a relatively large amount of a dispersant as a protective colloid in order to stabilize the dispersion of silver nanoparticles.
  • the decomposition temperature of the dispersant is generally higher than the sintering temperature of the silver nanoparticles, and the dispersant remains between the silver nanoparticle particles.
  • the silver nanoparticles have a remarkably fine particle size, it is difficult to ensure contact between the particles, and there is a high tendency that the inherent low-temperature sintering characteristics cannot be fully utilized.
  • the content of silver powder is significantly lower than before, so it is difficult to form a thick film even if it is easy to form a thin film. Even if it is possible, the specific resistance of the film becomes extremely high, etc., so that it can be used for power circuits that allow a relatively large current to flow, for wiring circuit formation with a large circuit cross section, or for low resistance circuits Application to is difficult.
  • flake silver powder is produced by physically plastically processing and crushing silver powder particles, and may be expressed as scaly silver powder.
  • the flake silver powder was effective in reducing the resistance of the formed conductor because it can ensure a wide contact area between the powder grains, as can be easily considered from its shape.
  • the silver powder obtained by the conventional manufacturing method contains coarse particles having a particle diameter of more than 10 ⁇ m, so that the actual situation is that it cannot cope with the formation of fine pitched circuits in recent years.
  • the dispersion of the powder grains of the original silver powder is promoted, and only flake silver powder with deteriorated powder characteristics can be obtained. There's a problem.
  • the present invention has been made in view of the problems of the prior art as described above, and its basic purpose is excellent in adhesion to a base material, a smooth film can be easily formed, and a fine pitch.
  • An object of the present invention is to provide a conductive composition that can cope with the formation of a circuit and the like and can obtain high conductivity even when dried at a relatively low temperature.
  • the present invention contains crystalline flaky silver powder and an organic binder, and the blending ratio of the crystalline flaky silver powder is 90% by mass or more of the total solid content of the composition, A conductive composition characterized by being 98% by mass or less is provided.
  • the single particle of the crystalline flaky silver powder has a polygonal shape, and the average particle diameter (D 50 ) of the crystalline flaky silver powder measured by a laser diffraction scattering type particle size distribution measuring method is It is preferable that they are 1 micrometer or more and 3 micrometers or less.
  • the curing obtained by printing or coating the conductive composition of the present invention on a substrate to form a coating film pattern, and then drying the coating film pattern at less than 150 ° C. Things are provided.
  • the flaky silver powder contained as a conductive filler in the conductive composition of the present invention is crystalline, it is possible to produce fine flaky silver powder with a relatively narrow size distribution, excellent dispersibility, and single crystallinity. Therefore, it has high conductivity and low melting point characteristics. Therefore, the conductive composition of the present invention containing such crystalline flaky silver powder at a high blending ratio of 90% by mass or more and 98% by mass or less of the total solid content of the composition is adhesive to the substrate. It is excellent in that a smooth film can be easily formed, high-definition printing is possible, high conductivity can be obtained even if it is dried at a relatively low temperature, and it can be applied to the formation of a fine pitch circuit.
  • 2 is a scanning electron micrograph (magnification: 7000 times) of crystalline flaky silver powder (M13 manufactured by Toxen Industries). It is a scanning electron micrograph (magnification 8000 times) of crystalline flaky silver powder (M13 by Toxen Industries Co., Ltd.). It is a scanning electron micrograph (magnification 7000 times) of crystalline flaky silver powder (M27 by Toxen Industries Co., Ltd.). It is a scanning electron micrograph (magnification 10,000 times) of crystalline flaky silver powder (M27 by Toxen Industries Co., Ltd.). It is a scanning electron micrograph (magnification 7000 times) of crystalline flaky silver powder (M612 manufactured by Toxen Industries Co., Ltd.).
  • the crystalline flaky silver powder used in the present invention is not a physical force, but is flaked by crystallization, so that the particle size and thickness are uniform and dispersed.
  • it has high conductivity and low melting point characteristics, and high-definition printing is possible by using such crystalline flaky silver powder in a conductive resin composition. It has been found that a low resistance can be achieved in the coating film, and the present invention has been completed.
  • each component of the conductive composition of the present invention will be described.
  • the silver powder used in the conductive composition of the present invention is a single crystal and has a flake shape.
  • the flaky shape referred to here has a value (aspect ratio) obtained by grading the average particle diameter (D 50 ) measured by a laser light scattering method with an average thickness measured with an electron microscope described later, preferably 2 or more, preferably 10 or more. More preferably, it indicates 20 or more.
  • D 50 is a particle size at a volume accumulation of 50% obtained by using a laser diffraction scattering type particle size distribution measurement method based on Mie scattering theory.
  • the average thickness is represented by an average value of 50 measured numbers by taking a photograph with a scanning electron microscope and measuring the thickness of the silver fine particles.
  • the crystalline flaky silver powder preferably has a polygonal shape from the front side of the particle and a thin plate shape from the side surface when observed with a scanning electron microscope because the contact area between the particles increases.
  • the polygonal shape means a figure surrounded by a straight line and end points sandwiched between two points.
  • the average particle size (D 50 ) determined by a laser diffraction / scattering particle size distribution measurement method is preferably 1 ⁇ m or more and 3 ⁇ m or less.
  • the crystalline flaky silver powder is replaced with a solvent suitable for the paste composition without drying in the manufacturing process, and the solvent dispersion type with a silver powder content of 90% to 95% by mass has good dispersibility and is extra It is more preferable because no surface treatment agent is used.
  • crystalline flaky silver powder used in the present invention examples include M13 (particle size distribution: 1 ⁇ m or more, 3 ⁇ m or less), M27 (particle size distribution: 2 ⁇ m or more, 7 ⁇ m or less), M612 (particle size distribution) manufactured by Toxen Industries, Ltd. 6 ⁇ m or more and 12 ⁇ m or less).
  • scanning electron micrographs of these crystalline flaky silver powders are shown in FIGS.
  • scanning electron micrographs of flaky silver powder produced by flaking with conventional physical force are shown in FIGS. As is apparent from the scanning electron micrographs shown in FIGS.
  • the crystalline flaky silver powder M13 has a thickness of 40 nm to 60 nm, M27 has a thickness of about 100 nm, and M612 has a thickness of about 200 nm. It is a polygonal flake shape with a flat thickness, and exhibits high electrical conductivity.
  • M13 has a particle size distribution of 1 ⁇ m or more and 3 ⁇ m or less, an average particle size (D 50 ) of 2 ⁇ m or more and 3 ⁇ m or less, and forms a smooth conductive film having a low specific resistance value in which fine particles are densely packed. This is preferable.
  • the average particle size (D 50 ) of M27 is about 3 ⁇ m or more and 5 ⁇ m or less, and the average particle size (D 50 ) of M612 is about 6 ⁇ m or more and 8 ⁇ m or less, but includes single particles having a polygonal shape. Even if the average particle size (D 50 ) is relatively large or the particle size distribution is relatively wide, a smooth film filled with fine particles can be formed, so that a conductive film having low resistance is formed. Can do.
  • the flaky silver powder produced by flaking with the conventional physical force cannot be said to be a flat flaky shape having a uniform thickness as shown in FIGS. Is a flake silver powder whose powder characteristics have been further deteriorated, and it is difficult to cope with the formation of circuits having a fine pitch in recent years.
  • the proportion of the crystalline flaky silver powder is appropriately 90% by mass or more and 98% by mass or less, preferably 93% by mass or more and 97% by mass or less of the total solid content of the composition.
  • the blending ratio of the crystalline flaky silver powder is less than 90% by mass, the specific resistance value of the obtained conductive film tends to be large.
  • the blending amount exceeds 98% by mass, a stable and good composition is produced. This is not preferable because the adhesion to the base material becomes weak.
  • the organic binder is used for the purpose of producing a stable and good composition, forming a smooth film, providing the formed conductive film with adhesion to a substrate, flexibility and the like.
  • a thermosetting or dry organic binder can be used as the organic binder.
  • Thermosetting organic binders include polyester resin (urethane modified, epoxy modified, acrylic modified, etc.), epoxy resin, urethane resin, phenol resin, melamine resin, which can be formed into a film by cross-linking to increase molecular weight by curing reaction. Examples thereof include vinyl resins and silicone resins.
  • the dry organic binder is soluble in a solvent and can be formed into a film by drying.
  • Polyester resin acrylic resin, butyral resin, vinyl chloride-vinyl acetate copolymer resin, polyamideimide, polyamide, polyvinyl chloride, nitrocellulose, Cellulose acetate acetate butyrate (CAB), cellulose acetate propionate (CAP) and the like can be mentioned, and curing at a low temperature is possible by selecting a solvent.
  • a dry-type organic binder capable of forming a pattern excellent in adhesion with low resistance at a low temperature of 150 ° C. or lower is preferable.
  • the molecular weight of these organic binders is preferably 3000 or more and more preferably 10,000 or more in terms of number average molecular weight, and the upper limit is not limited, but is preferably 200,000 or less in consideration of the solubility of the resin.
  • the proportion of the organic binder to be blended (as the solid content ratio) is 2% by mass or more and 10% by mass or less, preferably 3% by mass or more and 7% by mass or less of the total amount of the composition.
  • an adduct of an epoxy compound and an imidazole compound can be blended in a small amount, for example, 1% by mass or less, preferably 0.5% by mass or less of the total amount of the composition.
  • the adduct of an epoxy compound and an imidazole compound has an effect of improving the adhesion of the formed conductive film to the base material, and as a curing agent when the organic binder is a thermosetting resin such as an epoxy resin.
  • the epoxy compound for forming such an adduct may be a monoepoxy compound or a polyepoxy compound.
  • Examples of the monoepoxy compound include butyl glycidyl ether, hexyl glycidyl ether, phenyl glycidyl ether, and p-xylyl glycidyl ether. Glycidyl acetate, glycidyl butyrate, glycidyl hexoate, glycidyl benzoate and the like, and examples of the polyepoxy compound include glycidyl ether type epoxy resin of bisphenol A, glycidyl ether type epoxy resin of phenol novolac, etc. These can be used alone or in combination of two or more.
  • imidazole compound for forming an adduct for example, imidazole, 2-methylimidazole, 2-ethylimidazole, 2-isopropylimidazole, 2-dodecylimidazole, 2-ethyl-4-methylimidazole, 2-phenyl And 2-substituted imidazoles such as imidazole.
  • a solvent can be used as needed to disperse the silver powder.
  • An organic solvent can be used as the solvent.
  • the organic solvent include, for example, ketones such as methyl ethyl ketone and cyclohexanone; aromatic hydrocarbons such as toluene, xylene, and tetramethylbenzene; cellosolve, methyl cellosolve, carbitol, methylcarbitol, butylcarbitol, Glycol ethers such as propylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol monoethyl ether, triethylene glycol monoethyl ether; ethyl acetate, butyl acetate, cellosolve acetate, butyl cellosolve acetate, carbitol acetate, butyl carbitol acetate , Acetate esters such as propylene glycol monomethyl ether,
  • the boiling point of isobutyl acetate, isoamyl acetate, propylene glycol monomethyl ether acetate, etc. is preferably 60 ° C. or higher and 180 ° C. or lower, more preferably 100 ° C. or higher and 160 ° C. or lower. Solvents with a boiling point of 60 ° C.
  • the blending ratio of the organic solvent may be a quantitative ratio that can appropriately adjust the viscosity of the conductive composition, and is not particularly limited, but the viscosity of the conductive composition is 50 dPa ⁇ s or more and 3000 dPa ⁇ s or less.
  • the blending ratio is preferably 100 dPa ⁇ s or more and 2000 dPa ⁇ s or less.
  • the conductive composition of the present invention includes an antioxidant, a stabilizer, a dispersant, an antifoaming agent, an anti-blocking agent, a fine fused silica, a silane coupling agent, a thixotropic agent, a colorant, and the silver as necessary.
  • Examples of the method for producing a conductive composition include a method of kneading a resin component, the silver powder, and an organic solvent.
  • Examples of the kneading method include a method using a stirring and mixing device such as a roll mill.
  • a method for producing a conductor circuit using the conductive composition of the present invention includes a pattern forming step of forming a coating film pattern by printing or applying the above-described conductive composition on a substrate, and drying the coating film pattern. Or it includes a heat treatment step of firing.
  • a masking method, a resist, or the like can be used for forming the coating film pattern.
  • the pattern forming process includes a printing method and a dispensing method.
  • the printing method include gravure printing, offset printing, and screen printing, but screen printing is preferable for forming a fine circuit. Further, as a large area coating method, gravure printing and offset printing are suitable.
  • the dispensing method is a method of forming an extruded pattern from a needle by controlling the coating amount of the conductive composition, and is suitable for forming a partial pattern such as a ground wiring or a pattern having unevenness.
  • the heat treatment step may be, for example, a drying step at about 80 to 150 ° C. or a baking step at about 150 to 200 ° C., depending on the substrate used. Since the conductive composition of the present invention contains the crystalline flaky silver powder, even when the coating film pattern formed in the pattern forming step is dried at a low temperature of 150 ° C. or lower, the specific resistance is 1 ⁇ 10. A conductor circuit having a conductivity as low as ⁇ 5 ⁇ ⁇ cm or less can be obtained.
  • the drying temperature in the drying step is preferably about 90 ° C. or higher and about 140 ° C. or lower, more preferably about 100 ° C. or higher and about 130 ° C. or lower.
  • the drying time is preferably about 15 minutes or more and about 90 minutes or less, and more preferably about 30 minutes or more and about 75 minutes or less.
  • Base materials include printed circuit boards and flexible printed circuit boards with pre-formed circuits, paper-phenolic resin, paper-epoxy resin, glass cloth-epoxy resin, glass-polyimide, glass cloth / non-woven cloth-epoxy resin, Glass cloth / paper-epoxy resin, synthetic fiber-epoxy resin, copper-clad laminates of all grades (FR-4 etc.) using composite materials such as fluororesin / polyethylene / polyphenylene ether, polyphenylene oxide / cyanate ester, polyethylene Sheets or films made of plastic such as terephthalate (PET), polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate, etc., polyimide, polyphenylene sulfide, polyamide, etc., silicon substrate, epoxy substrate, polycarbonate substrate, acrylic group , It can be used phenol substrate, a glass substrate, a ceramic substrate, a wafer board and the like. Since the conductive composition can form a highly conductive conductor circuit even when dried at a low
  • conductive compositions Preparation of conductive composition> At a blending ratio (mass ratio) shown in Tables 1 to 3, a predetermined amount of crystalline flake silver powder and 30% by weight carbitol acetate solution of polyester resin were weighed and stirred, and dispersed by a three-roll mill. In addition, conductive compositions of Comparative Examples 1 to 4 were obtained. For Examples 12 to 17, conductive compositions were prepared using an acrylic resin and a butyral resin instead of the 30% by mass solution of the polyester resin in carbitol acetate. For Examples 18 to 20, conductive compositions were prepared using acrylic resin and phenoxy resin instead of the 30% by mass solution of polyester resin in carbitol acetate.
  • conductive compositions were prepared using a phenoxy resin and an epoxy-imidazole adduct of an epoxy resin instead of a 30% by mass solution of a polyester resin in carbitol acetate. Each obtained conductive composition was apply
  • ⁇ Adhesion> The coating film formed on the PET film obtained above was subjected to a cross-cut cello tape (registered trademark) peel test in accordance with JIS: K5600-5-6 to evaluate adhesion.
  • the evaluation criteria are as follows. ⁇ : No peeling ⁇ : Partial peeling ⁇ : Full peeling
  • ⁇ Resistivity> The resistance value at both ends of the coating film formed on the slide glass obtained above is measured by a four-terminal method, and the line width, line length, and thickness are further measured, and the specific resistance (volume resistivity) is obtained to obtain conductivity. evaluated.
  • Examples 1 to 11 specific resistance values were equal to or higher than those in Comparative Examples 1 to 3.
  • the average particle diameter (D 50 ) of the crystalline flake silver powder to be used is 1 ⁇ m or more and 3 ⁇ m or less, which is compared with Comparative Examples 1 to 3.
  • the resistance was low.
  • Comparative Examples 1 to 3 the low resistance value of 10 ⁇ 6 units was obtained in comparison with Comparative Examples 1 to 3 in the range of 10 ⁇ 5 units.
  • Comparative Example 4 in which 99% by mass exceeding 98% by mass resulted in poor adhesion.
  • Examples 5, 8 and 11 in which 98% by mass of crystalline flake silver powder was blended, there was slight peeling in adhesion, but in other examples in which 97% by mass or less of crystalline flake silver powder was blended. , Did not peel off.
  • Example 18 to 25 using a phenoxy resin Example 25 using only a phenoxy resin was poor in adhesion to the PET film and caused peeling, but Examples 18 to 25 were mixed with an epoxy resin or an acrylic resin. No. 24 had good adhesion.

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Abstract

基材への密着性に優れ、平滑な膜を容易に形成できると共に、ファインピッチ化した回路形成等に対応可能であり、比較的に低温で乾燥しても高い導電性が得られる導電性組成物を提供する。 導電性組成物は、(A)結晶性フレーク状銀粉、および(B)有機バインダーを含有し、前記(A)結晶性フレーク状銀粉の配合割合が組成物の固形分全体の90質量%以上、98質量%以下である。好適な態様においては、前記(A)結晶性フレーク状銀粉の単粒子が多角形状であるものを含み、また、前記(A)結晶性フレーク状銀粉のレーザー回折散乱式粒度分布測定法による平均粒径(D50)が1μm以上、3μm以下である。

Description

導電性組成物
 本発明は、導電性組成物に関し、さらに詳しくは、プリント配線板、特にフレキシブルプリント配線板の導体パターン回路部や、プラズマディスプレイパネルの前面基板や背面基板に形成される導体パターン回路部などの形成に有用な導電性組成物に関する。
 従来、熱硬化型の導電性組成物は、フィルム基板やガラス基板等に塗布または印刷し加熱硬化させることにより、抵抗膜方式タッチパネルの電極やプリント配線板のパターン回路部等の形成に広く用いられている。また、プラズマディスプレイパネル、蛍光表示管、電子部品などにおける導体パターン回路部の形成には、一般に多量の金属粉あるいはさらにガラス粉末を含有する導電性組成物を用いてスクリーン印刷法によってパターン形成が行われていた。近年では製品の軽薄短小化により樹脂基材や熱に弱い部品が使われることが多く、低温で硬化する低抵抗な導電材料が求められている。
 導電材である銀などの金属粒子を樹脂などに分散した導電性組成物は、電気回路の形成等に広く使用されており(例えば、特許文献1~3参照)、導電性組成物を用いて導体回路を形成する方法としては、例えば、導電性組成物を基材上に印刷または塗布してパターンを形成し、そのパターンを乾燥する方法などが知られている。ところで、近年では、回路の配線幅や配線膜厚等が著しく微細なものとなってきたため、導電性組成物を用いて形成した導体に対する電気的低抵抗化だけでなく、高い接続信頼性を得ることも要求されるようになってきた。しかしながら、従来の導電性組成物では、粉粒同士の接触により導電性を得ているため、低温で微細な配線を形成した場合に高い接続信頼性を得ることができない。そのため、銀粉の粉粒同士が低温で焼結して導電性を発揮する銀組成物への要求が高まってきた。一般に、このような要求に応えるには、導電フィラーである銀粉の微粒子化によって焼結温度を下げようと考えるのが一般的である。
 また、上記導体回路の形成方法においては、基材として樹脂フィルムを用いることがある。ところが、一般的に、樹脂フィルムは耐熱性が低いため、低温乾燥が可能であると共に、電気抵抗が低くなる導電性組成物が求められている。その要求に応えるために、特許文献2には、樹脂を含有しない導電性組成物が提案されている。この導電性組成物では、150℃程度の低温で乾燥しても比抵抗の低い導体回路を形成できるが、樹脂を含有しないので、基材の種類によっては密着性が低くなり、基材から剥離してしまうおそれがあり、また、平滑な膜を形成することが困難であった。
 一方、特許文献3には、厚さが130nm以下のフレーク状の特殊な銀粉と、ハロゲン含有有機樹脂を含むバインダーとを含む導電性組成物が提案されている。この導電性組成物では、比抵抗の低い導体回路を形成できるが、特殊な銀粉を用いるため、コストが高くなるという問題があった。また、銀粉をフレーク状銀粉に加工するには、粉砕媒体を用いたボールミル、振動ミル、攪拌式粉砕機などにより、銀粉を物理的な力でフレーク化する方法が用いられてきたが、凝集粉の発生等によりフレーク状銀粉の粒径の制御が困難であった。
特開平9-306240号公報 特開2003-203522号公報 特許第4573089号公報
 前記したように、従来の銀ペースト技術では、一般的に銀粉の微粒子化の方向と、フレーク状の特殊な銀粉の使用が検討されている。
 しかしながら、銀粉等の金属粉は、一般的に粉粒の微粒子化と分散性の両立は困難と言われている。例えば、銀ナノ粒子を含む銀ペーストの場合には、銀ナノ粒子の分散を安定化するためには保護コロイドとして比較的多量の分散剤を添加するのが一般的である。かかる場合、銀ナノ粒子の焼結温度よりも分散剤の分解温度が高いのが一般的であり、銀ナノ粒子の粒子間に分散剤が残留することとなる。このとき、銀ナノ粒子は、粒径が著しく微細であるため、粒子同士の接触を確保することが困難となり、本来持つ低温焼結特性を充分に生かしきれないものとなる傾向が高い。また、銀ナノ粒子を含む銀ペーストの場合、従来よりも銀粉の含有量が大幅に低いものとなるため、薄膜形成は容易であっても厚膜を形成することが難しく、例え厚膜の形成が可能であるとしても膜の比抵抗が著しく高くなるなどして、比較的大電流を流すような電源回路に用いることのできるような回路断面の大きな配線回路の形成用途、または低抵抗回路用途への適用が困難となる。さらに実装部品の接着剤用途では、導電性と共に接着強度に対する要求も厳しく、硬化により強い接着強度を発揮する樹脂を一定量以上添加することが不可欠であり、そのため銀ナノ粒子を含む銀ペーストでは対応できない部分が多く存在した。
 一方、フレーク銀粉は、銀粉の粉粒を物理的に塑性加工して押しつぶすことにより製造されるものであり、鱗片状銀粉と表現されることもある。確かに、フレーク銀粉は、その形状から容易に考えられるように、粉粒同士の接触面積を広く確保できるため、形成される導体の低抵抗化には有効なものであった。しかしながら、従来の製造方法で得られる銀粉の粉粒中には、粒子径が10μmを超える粗粒を含んでいるため、近年のファインピッチ化した回路形成等には対応できないのが実情である。そして、その銀粉を用いて物理的に塑性変形を加えフレーク銀粉を製造しようとしたときには、元の銀粉の持つ粉粒のバラツキが助長され、さらに粉体特性の悪化したフレーク銀粉しか得られないという問題がある。
 本発明は、前記したような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その基本的な目的は、基材への密着性に優れ、平滑な膜を容易に形成できると共に、ファインピッチ化した回路形成等に対応可能であり、比較的に低温で乾燥しても高い導電性が得られる導電性組成物を提供することにある。
 前記目的を達成するために、本発明によれば、結晶性フレーク状銀粉、および有機バインダーを含有し、前記結晶性フレーク状銀粉の配合割合が組成物の固形分全体量の90質量%以上、98質量%以下であることを特徴とする導電性組成物が提供される。
 好適な態様においては、前記結晶性フレーク状銀粉の単粒子が多角形状であるものを含み、また、前記結晶性フレーク状銀粉のレーザー回折散乱式粒度分布測定法による平均粒径(D50)が1μm以上、3μm以下であることが好ましい。
 また、本発明によれば、上記本発明の導電性組成物を基材上に印刷または塗布して塗膜パターンを形成してから、該塗膜パターンを150℃未満で乾燥して得られる硬化物が提供される。
 本発明の導電性組成物に導電フィラーとして含有するフレーク状銀粉は結晶性であるため、比較的狭いサイズ分布で微細なフレーク状銀粉が作製可能であり、分散性に優れ、また単一結晶性であるため、高い導電性および低融点特性を有する。従って、このような結晶性フレーク状銀粉を組成物の固形分全体量の90質量%以上、98質量%以下の高い配合割合で含有する本発明の導電性組成物は、基材への密着性に優れ、平滑な膜を容易に形成できると共に、高精細印刷が可能であり、比較的に低温で乾燥しても高い導電性が得られ、ファインピッチ化した回路形成等に対応可能である。
結晶性フレーク状銀粉(トクセン工業社製M13)の走査型電子顕微鏡写真(倍率7000倍)である。 結晶性フレーク状銀粉(トクセン工業社製M13)の走査型電子顕微鏡写真(倍率8000倍)である。 結晶性フレーク状銀粉(トクセン工業社製M27)の走査型電子顕微鏡写真(倍率7000倍)である。 結晶性フレーク状銀粉(トクセン工業社製M27)の走査型電子顕微鏡写真(倍率10000倍)である。 結晶性フレーク状銀粉(トクセン工業社製M612)の走査型電子顕微鏡写真(倍率7000倍)である。 結晶性フレーク状銀粉(トクセン工業社製M612)の走査型電子顕微鏡写真(倍率8000倍)である。 従来の物理的な力でフレーク化して製造されたフレーク状銀粉の走査型電子顕微鏡写真(倍率5000倍)である。 従来の物理的な力でフレーク化して製造されたフレーク状銀粉の走査型電子顕微鏡写真(倍率7000倍)である。
 本発明者の研究によると、本発明に用いられる結晶性フレーク状の銀粉は、物理的な力ではなく、結晶化することによりフレーク状となっているため、粒径および厚みが均一となり、分散性や平滑な膜の形成性に優れると共に、高い導電性および低融点特性を有すること、および、かかる結晶性フレーク状銀粉を導電樹脂組成物に用いることによって、高精細印刷が可能であり、形成される皮膜は低抵抗化が達成されることを見出し、本発明を完成するに至ったものである。
 以下、本発明の導電性組成物の各構成成分について説明する。
 本発明の導電性組成物に用いられる銀粉は、単結晶でその形状がフレーク状である。ここで言うフレーク状とは、レーザー光散乱法により測定した平均粒径(D50)を後述する電子顕微鏡で測定した平均厚さで徐した値(アスペクト比)が2以上、好ましくは10以上、さらに好ましくは20以上のものを指す。ここで、D50とは、ミー(Mie)散乱理論に基づくレーザー回折散乱式粒度分布測定法を用いて得られる体積累積50%における粒径のことである。より具体的には、レーザー回折散乱式粒度分布測定装置により、導電性微粒子の粒度分布を体積基準で作成し、そのメディアン径を平均粒径とすることで測定することができる。測定サンプルは、導電性微粒子を超音波により水中に分散させたものを好ましく使用することができる。レーザー回折式粒度分布測定装置としては、堀場製作所社製LA-500等を使用することができる。平均厚さは、走査型電子顕微鏡で写真を撮影し、銀微粒子の厚みを測定し、測定個数50個の平均値で表す。結晶性フレーク状の銀粉は、走査型電子顕微鏡観察で粒子の正面からの形状は多角形状であり、側面からの形状は薄い板状であることが粒子同士の接触面積が増加し好ましい。ここで多角形状とは、2つの点に挟まれた直線と端点で囲まれた図形をいう。粒径は、レーザー回折散乱式粒度分布測定法による平均粒径(D50)が1μm以上、3μm以下であることが好ましい。結晶性のフレーク状の銀粉は製造工程で乾燥せずにペースト組成に適した溶剤に置換し、銀粉含有量を90質量%~95質量%とした溶剤分散タイプが分散性も良好であり、余分に表面処理剤を使わなくて済むのでより好ましい。
 本発明において用いられる結晶性フレーク状銀粉の具体例としては、トクセン工業社製のM13(粒径分布1μm以上、3μm以下)、M27(粒径分布2μm以上、7μm以下)、M612(粒径分布6μm以上、12μm以下)などが挙げられる。ここで、これらの結晶性フレーク状銀粉の走査型電子顕微鏡写真を図1~6に示す。また、参考のために、従来の物理的な力でフレーク化して製造されたフレーク状銀粉の走査型電子顕微鏡写真を図7および図8に示す。図1~6に示す走査型電子顕微鏡写真から明らかなように、結晶性フレーク状銀粉M13の厚みは40nm以上、60nm以下、M27の厚みは100nm程度、M612の厚みは200nm程度であり、均一な厚みの平坦な多角形のフレーク状であり、高い電気伝導度を示す。特に、M13は、粒径分布が1μm以上、3μm以下、平均粒径(D50)は2μm以上、3μm以下程度であり、微粒子が密に充填された平滑な比抵抗値が低い導電膜を形成することができるので好ましい。また、M27の平均粒径(D50)は3μm以上、5μm以下程度、M612の平均粒径(D50)は6μm以上、8μm以下程度であるが、単粒子が多角形状であるものを含むため、平均粒径(D50)が比較的に大きくあるいは粒径分布が比較的に広くても、微粒子が密に充填された平滑な膜を形成できるので、低抵抗である導電膜を形成することができる。これに対して、従来の物理的な力でフレーク化して製造されたフレーク状銀粉は、図7、図8に示されるように、均一な厚みの平坦なフレーク状とは言えず、元の銀粉の持つ粉粒のバラツキが助長され、さらに粉体特性の悪化したフレーク銀粉であり、近年のファインピッチ化した回路形成等には対応困難である。
 前記結晶性フレーク状銀粉の配合割合は、組成物の固形分全体量の90質量%以上、98質量%以下、好ましくは93質量%以上、97質量%以下となる割合が適当である。結晶性フレーク状銀粉の配合割合が90質量%未満の場合、得られる導電膜の比抵抗値が大きくなり易く、一方、98質量%を超えて多量に配合すると、安定した良好な組成物を作製し難くなり、また基材への密着性が弱くなるので好ましくない。
 前記有機バインダーは、安定した良好な組成物の作製や、平滑な膜の形成、形成される導電膜に基材への密着性、可撓性等を付与する目的等で使用される。有機バインダーとしては、熱硬化型、乾燥型の有機バインダーが使用できる。熱硬化型の有機バインダーとしては硬化反応による分子量増加、架橋形成によりフィルム形成可能なポリエステル樹脂(ウレタン変性体、エポキシ変性体、アクリル変性体など)、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ビニル系樹脂、シリコーン樹脂などが挙げられる。乾燥型の有機バインダーとしては溶剤に可溶で、乾燥によりフィルム形成可能なポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ブチラール樹脂、塩化ビニル-酢酸ビニル共重合樹脂、ポリアミドイミド、ポリアミド、ポリ塩化ビニル、ニトロセルロール、セルロース・アセテート・ブチレート(CAB)、セルロース・アセテート・プロピオネート(CAP)などが挙げられ、溶剤の選択により低温での硬化が可能となる。これらを単独または2種以上組み合わせて使用することができる。これらの中でも、150℃以下の低温で低抵抗な密着性に優れたパターン形成可能な乾燥型の有機バインダーが好ましい。
 これらの有機バインダーの分子量は数平均分子量で3000以上、さらに10000以上が好ましく、上限は限定されるものではないが樹脂の溶解性を考慮すると200000以下が好ましい。
 有機バインダーの配合割合(固形分比として)は、組成物全体量の2質量%以上、10質量%以下、好ましくは3質量%以上、7質量%以下となる割合が適当である。
 本発明の導電性組成物には、エポキシ化合物とイミダゾール化合物との付加物を少量、例えば組成物全体量の1質量%以下、好ましくは0.5質量%以下となる割合で配合することもできる。エポキシ化合物とイミダゾール化合物との付加物は、形成される導電膜の基材への密着性を向上させる効果を奏すると共に、前記有機バインダーがエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂である場合に硬化剤として作用する。このような付加物を形成するためのエポキシ化合物としては、モノエポキシ化合物でもポリエポキシ化合物でもよく、モノエポキシ化合物としては、例えばブチルグリシジルエーテル、ヘキシルグリシジルエーテル、フェニルグリシジルエーテル、p-キシリルグリシジルエーテル、グリシジルアセテート、グリシジルブチレート、グリシジルヘキソエート、グリシジルベンゾエートなどが挙げられ、また、ポリエポキシ化合物としては、例えばビスフェノールAのグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、フエノールノボラックのグリシジルエーテル型エポキシ樹脂などが挙げられ、単独でもしくは2種類以上併用して用いることができる。一方、付加物を形成するためのイミダゾール化合物としては、例えばイミダゾールや、2-メチルイミダゾール、2-エチルイミダゾール、2-イソプロピルイミダゾール、2-ドデシルイミダゾール、2-エチル-4-メチルイミダゾール、2-フェニルイミダゾールなどの2-置換イミダゾールなどが挙げられる。
 本発明の導電性組成物は、さらに必要に応じて、前記銀粉を分散させるために溶媒を用いることができる。前記溶媒としては、有機溶剤を用いることができる。前記有機溶剤の具体例としては、例えば、メチルエチルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン類;トルエン、キシレン、テトラメチルベンゼンなどの芳香族炭化水素類;セロソルブ、メチルセロソルブ、カルビトール、メチルカルビトール、ブチルカルビトール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテルなどのグリコールエーテル類;酢酸エチル、酢酸ブチル、セロソルブアセテート、ブチルセロソルブアセテート、カルビトールアセテート、ブチルカルビトールアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートなどの酢酸エステル類;エタノール、プロパノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ターピネオール(α-テルピネオール)などのアルコール類;オクタン、デカンなどの脂肪族炭化水素;石油エーテル、石油ナフサ、水添石油ナフサ、ソルベントナフサなどの石油系溶剤が挙げられ、これらを単独でまたは2種以上を組み合わせて用いることができる。
 スクリーン印刷で使用する場合は、高沸点溶剤が好ましい。高沸点溶剤としては、例えば、イソホロン、シクロヘキサノン、γ-ブチロラクトンなどのケトン系の高沸点溶剤が好ましい。ディスペンス等で塗布して使用する場合は、例えば酢酸イソブチル、酢酸イソアミル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等の沸点が60℃以上180℃以下が好ましく100℃以上160℃以下がより好ましい。60℃以下の沸点の溶剤では乾燥が早くニードルの目詰まりが起こりやすく、180℃以上では乾燥が遅くなる。有機溶剤の配合割合は、導電性組成物の粘度を適宜調整できる量的割合であればよく、特に限定されるものではないが、導電性組成物の粘度が50dPa・s以上、3000dPa・s以下、好ましくは100dPa・s以上、2000dPa・s以下となるような配合割合であることが望ましい。
 本発明の導電性組成物には、必要に応じて、酸化防止剤、安定剤、分散剤、消泡剤、ブロッキング防止剤、微細溶融シリカ、シランカップリング剤、チキソトロピー剤、着色剤、前記銀粉末以外の他の導電性粉末(例えば、カーボン粉末)などの各種添加剤が添加されていてもよい。これら添加剤は単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
 導電性組成物の製造方法としては、例えば、樹脂成分と前記銀粉と有機溶剤とを混練する方法などが挙げられる。混練方法としては、例えば、ロールミルなどの攪拌混合装置を用いる方法が挙げられる。
 本発明の導電性組成物を用いて導体回路を製造する方法は、前述した導電性組成物を基材上に印刷または塗布して塗膜パターンを形成するパターン形成工程と、塗膜パターンを乾燥もしくは焼成する熱処理工程とを含む。塗膜パターンの形成には、マスキング法やレジスト等を用いることができる。
 パターン形成工程としては印刷方法、ディスペンス方法が挙げられる。印刷方法としては、例えば、グラビア印刷、オフセット印刷、スクリーン印刷などが挙げられるが、微細な回路を形成するためには、スクリーン印刷が好ましい。また、大面積の塗布方法としては、グラビア印刷、オフセット印刷が適している。ディスペンス方法は導電性組成物の塗布量をコントロールしてニードルから押し出しパターンを形成する方法で、アース配線等の部分的なパターン形成や凹凸のある部分へのパターン形成に適している。
 熱処理工程は、用いる基材に応じて、例えば約80~150℃での乾燥工程でもよく、あるいは例えば約150~200℃での焼成工程でもよい。本発明の導電性組成物では、前記結晶性フレーク状銀粉を含有しているため、パターン形成工程にて形成した塗膜パターンを150℃以下の低温で乾燥しても、比抵抗が1×10-5Ω・cm以下と低く、導電性が高い導体回路を得ることができる。乾燥工程における乾燥温度は、約90℃以上、約140℃以下が好ましく、約100℃以上、約130℃以下がより好ましい。乾燥時間は約15分以上、約90分以下であることが好ましく、約30分以上、約75分以下であることがより好ましい。
 基材としては、予め回路形成されたプリント配線板やフレキシブルプリント配線板の他、紙-フェノール樹脂、紙-エポキシ樹脂、ガラス布-エポキシ樹脂、ガラス-ポリイミド、ガラス布/不繊布-エポキシ樹脂、ガラス布/紙-エポキシ樹脂、合成繊維-エポキシ樹脂、フッ素樹脂・ポリエチレン・ポリフェニレンエーテル,ポリフェニレンオキシド・シアネートエステル等の複合材を用いた全てのグレード(FR-4等)の銅張積層板、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートなどのポリエステル、ポリイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリアミドなどのプラスチックからなるシートまたはフィルム、シリコン基板、エポキシ基板、ポリカーボネート基板、アクリル基板、フェノール基板、ガラス基板、セラミック基板、ウエハ板などを使用することができる。上記導電性組成物は低温で乾燥しても導電性の高い導体回路を形成できるため、基材として耐熱性の低い熱可塑性プラスチックからなるシート、フィルム、基板を用いた場合に、本発明はとりわけ高い効果を発揮する。
 以下、実施例および比較例を示して本発明について具体的に説明するが、本発明が下記実施例に限定されるものでないことはもとよりである。尚、以下において「部」とあるのは、特に断りのない限り全て質量基準である。
 <導電性組成物の調製>
 表1~表3に示す配合割合(質量比)で、結晶性フレーク銀粉とポリエステル樹脂のカルビトールアセテート30質量%溶液を所定量計量、撹拌し、3本ロールミルにより分散させ、実施例1~11および比較例1~4の各導電性組成物を得た。実施例12~17については、ポリエステル樹脂のカルビトールアセテート30質量%溶液に代えてアクリル系樹脂、ブチラール樹脂を用いて導電性組成物を調整した。実施例18~20についてはポリエステル樹脂のカルビトールアセテート30質量%溶液に代えてアクリル系樹脂とフェノキシ樹脂を用いて導電性組成物を調整した。実施例21~27についてはポリエステル樹脂のカルビトールアセテート30質量%溶液に代えてフェノキシ樹脂およびエポキシ樹脂のエポキシ-イミダゾール付加物を用いて導電性組成物を調製した。
 得られた各導電性組成物をスライドガラスおよびPETフィルムに塗布し、120℃で30分、乾燥硬化して塗膜を形成した。
 形成した塗膜について、下記の評価方法で密着性および導電性を評価した。その結果を表4~表6に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 <密着性>
 上記で得られたPETフィルムに形成した塗膜をJIS:K5600-5-6に基づき、クロスカット セロテープ(登録商標)剥離試験を行い、密着性を評価した。その評価基準は以下のとおりである。
 ○:剥離なし
 △:部分的に剥離あり
 ×:全面にわたり剥離あり
 <比抵抗>
 上記で得られたスライドガラスに形成した塗膜の両端の抵抗値を4端子法で測定し、さらに線幅、線長、厚みを測定し、比抵抗(体積抵抗率)を求めて導電性を評価した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
 表4~表6に示すように、実施例1~11までにおいては、比較例1~3までに比して、同等以上の比抵抗値であった。その中でも、実施例1から5、12~25までにおいては、使用する結晶性フレーク銀粉の平均粒径(D50)が1μm以上、3μm以下であることより、比較例1から3までに比して、低抵抗であった。特に、平均粒径(D50)が1μm以上、3μm以下である結晶性フレーク銀粉を93質量%以上、98質量%以下配合した実施例2~5、12~14、16、17、19、20、及び22~25までにおいては比較例1から3までの比抵抗値が10-5台であるのに比して、10-6台の低抵抗値が得られた。一方、平均粒径(D50)が1μm以上、3μm以下である結晶性フレーク銀粉であっても、98質量%を超えて99質量%配合した比較例4では密着性に劣る結果となった。
 また、結晶性フレーク銀粉を98質量%配合した実施例5、8および11においては、密着性において若干の剥離があったものの、結晶性フレーク銀粉を97質量%以下配合した他の実施例においては、はく離しなかった。フェノキシ樹脂を用いた実施例18~25においては、フェノキシ樹脂のみを用いた実施例25はPETフィルムへの密着は悪く剥離が発生しているがエポキシ樹脂やアクリル系樹脂を混合した実施例18~24は密着性が良好であった。

Claims (4)

  1.  結晶性フレーク状銀粉、および有機バインダーを含有し、前記結晶性フレーク状銀粉の配合割合が組成物の固形分全体量の90質量%以上、98質量%以下であることを特徴とする導電性組成物。
  2.  前記結晶性フレーク状銀粉の単粒子が多角形状であるものを含むことを特徴とする請求項1に記載の導電性組成物。
  3.  前記結晶性フレーク状銀粉のレーザー回折散乱式粒度分布測定法による平均粒径(D50)が1μm以上、3μm以下であることを特徴とする請求項1に記載の導電性組成物。
  4.  請求項1から3の何れか1項に記載の導電性組成物を基材上に印刷または塗布して塗膜パターンを形成してから、該塗膜パターンを150℃未満で乾燥して得られる硬化物。
     
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