WO2019004331A1 - 導電性ペースト - Google Patents

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conductive paste
conductive
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filler
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石居 正裕
中壽賀 章
省二 野里
重克 大西
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積水化学工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a conductive paste containing a conductive filler and a binder resin.
  • conductive pastes have been used for forming electrodes, wiring or circuits of electronic components.
  • a paste in which a conductive filler is dispersed in a binder resin is widely known.
  • Silver powder has been used as a conductive filler used for the conductive paste.
  • silver powder in addition to being expensive, has a problem that migration is strong. Therefore, the use of copper powder is being considered as a substitute for silver powder.
  • copper powder since copper powder is easily oxidized, when a conductive paste in which copper powder is used as a filler is applied and heat-cured in the air, it tends to form a copper oxide film by reaction with oxygen. Due to the influence of the oxide film, there is a problem that the electrical resistance is increased.
  • Patent Document 1 discloses a conductive filler in which a copper powder flattened with a special device is coated with a chelating agent.
  • Patent Document 2 discloses a conductive filler made of wet reduced copper powder having a neck portion.
  • Patent Document 3 discloses a conductive filler coated with an amine and a carboxylic acid.
  • Patent Document 4 discloses a conductive filler which is coated with a mixture of fatty acid and triethanolamine.
  • the conductive fillers of Patent Document 1 and Patent Document 2 have a special shape, and can not generally be widely used due to problems of production amount and problems of cost.
  • the methods of Patent Document 3 and Patent Document 4 the effect is confirmed in the conductive filler having a large particle diameter.
  • spherical copper powder having an average particle diameter of 5 ⁇ m or less obtained by a general atomizing method for the purpose of improving screen printability there is a problem that the conductivity is low and the resistance becomes high. Therefore, when spherical copper powder having an average particle diameter of 5 ⁇ m or less obtained by the atomization method is used as the conductive filler, it is difficult to obtain a conductive layer having high conductivity. In particular, when the resin or the solvent is changed for the purpose of improving the screen printability, the conductivity may be lowered.
  • An object of the present invention is to provide a conductive paste which makes it possible to form a conductive layer excellent in conductivity even when spherical copper powder having a small particle diameter is used.
  • the conductive paste according to the present invention comprises a conductive paste, a binder resin, and a first paste containing 100 parts by weight of the binder resin and 20 parts by weight of the conductive filler on a first substrate.
  • the first coating film is produced by coating with a coating amount of 100 g / m 2 and drying and curing the binder resin, the light transmittance of the first coating film is 20% or more
  • the second paste containing the binder resin and not containing the conductive filler is coated on the second substrate at a coating amount equivalent to 55 g / m 2 of dry solid content, and the binder resin is dried and cured.
  • the second coating film is manufactured by causing the second coating film, the film thickness t ⁇ m of the second coating film and the shrinkage factor ⁇ % determined by the following equation (1) satisfy the relationship of the following equation (2) ing.
  • the average particle diameter of the conductive filler is 1 ⁇ m or more and 5 ⁇ m or less.
  • the conductive filler comprises a copper alloy powder containing at least one transition metal belonging to Groups 8 to 10 of the periodic table; A composite particle comprising a carbon material covering at least a part of a surface.
  • the transition metal is cobalt.
  • the carbon material is a carbon fiber.
  • the conductive filler has a filler body and a covering layer covering at least a part of the surface of the filler body, and the composite layer And a resin having an active hydrogen-containing group and a compound having a functional group capable of reacting with the active hydrogen-containing group.
  • the active hydrogen-containing group is at least one selected from the group consisting of a hydroxyl group, a carboxyl group, an amino group, an imino group and a thiol group.
  • the resin having the active hydrogen-containing group is a polyvinyl acetal resin.
  • the compound having a functional group capable of reacting with the active hydrogen-containing group is a blocked isocyanate.
  • an average particle diameter of the filler main body is 1 ⁇ m or more and 5 ⁇ m or less.
  • the filler main body comprises a copper alloy powder containing at least one transition metal belonging to Groups 8 to 10 of the periodic table; A composite particle comprising a carbon material covering at least a part of a surface.
  • the transition metal is cobalt.
  • the carbon material is a carbon fiber.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a first coating film.
  • FIG. 2 is a diagram showing a heat profile as an example of a method of producing composite particles.
  • FIG. 3 is a diagram showing a heat profile of the re-CVD process.
  • FIG. 4 is a view showing a heat profile in the case of providing a heat treatment step after the CVD step.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the thickness of the second coating film obtained in Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 7 and the shrinkage rate.
  • the conductive paste according to the present invention contains a conductive filler and a binder resin.
  • the light transmittance of the first coating film produced as follows is 20% or more.
  • the first coating film is formed by applying a first paste containing 100 parts by weight of a binder resin and 20 parts by weight of a conductive filler on a first substrate at a coating amount of 100 g / m 2 , It can be obtained by drying and curing the resin.
  • the light transmittance is a light transmittance at a wavelength of 700 nm.
  • the light transmittance can be measured together with the first base material, for example, using a spectrophotometer (manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation, part number “U-3900”).
  • a blank test body is used as a control sample of light transmittance, and shall be removed from initial light transmittance.
  • the blank test body can be obtained by applying the same paste as the first paste at a coating amount of 100 g / m 2 and drying and curing it on the first substrate except that the conductive filler is not contained. .
  • the first substrate for example, a transparent substrate such as a heat-resistant glass plate can be used.
  • the first paste may contain, in addition to the conductive filler and the binder resin, a solvent and an additive.
  • a solvent and an additive a solvent and an additive which can be used for the below-mentioned conductive paste can be used.
  • a frame may be formed on the first base material with a tape material or the like. Good.
  • the film may be dried and cured after setting a relaxation time for 30 minutes after coating. In this case, the first coated film can be made more uniform, and the measurement results can be made more stable.
  • the temperature of the drying and curing may be, for example, 120 ° C. to 200 ° C., although it depends on the type of binder resin.
  • the drying and curing time may be, for example, 5 minutes to 60 minutes depending on the type of binder resin.
  • the film thickness t ⁇ m of the second coating film and the shrinkage factor ⁇ % in the one-dimensional direction determined by the following equation (1) satisfy the relationship of the following equation (2).
  • the second coating film is coated with a second paste containing a binder resin and not containing a conductive filler at a coating amount corresponding to a dry solid content of 55 g / m 2 (second The paste can be applied by drying so as to have a dry solid content of 55 g / m 2 ) and by curing the binder resin.
  • the film thickness (coating thickness) of a coating film shall mean the film thickness after dry curing.
  • the arc length L of the surface of the second coated film after drying and curing can be determined.
  • coating thickness shall mean the thickness after dry hardening.
  • the contraction rate ⁇ % obtained as described above is 1.5 times or more of the right side ((5t + 50) ⁇ 10 ⁇ 3 ) of the formula (2) Is preferred.
  • the contraction rate ⁇ % is preferably 10 times or less of the right side ((5t + 50) ⁇ 10 ⁇ 3 ) of the formula (2). When it exceeds 10 times, it is difficult to obtain the effect of conductivity improvement more than that, and defects other than the conductivity such as peeling from the second base material and breakage of the base material may occur.
  • the second substrate is preferably a resin film. Among them, from the viewpoint of further enhancing the heat resistance and dimensional stability, a polyimide film is more preferable.
  • the thickness of the resin film is preferably 30 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less. If the second substrate is too thin, it may be broken due to warping during dry curing. If the second substrate is too thick, the amount of warpage may be affected.
  • the second paste may contain, in addition to the binder resin, a solvent and an additive.
  • a solvent and an additive a solvent and an additive which can be used for the below-mentioned conductive paste can be used.
  • the second paste does not contain a conductive filler.
  • the light transmittance of the first coating film is not less than the above lower limit, and the second coating film satisfies the relationship of the above formula (2). Even in the case of using a small spherical copper powder, a conductive layer having excellent conductivity can be formed.
  • the contact between the conductive fillers may be inhibited and the conductivity of the conductive layer may be lowered.
  • the light transmittance of the first coating film is not less than the above lower limit. Therefore, the conductive filler is appropriately aggregated.
  • the first coating film 1 includes the binder resin 2 after drying and curing, and the conductive filler 3 disposed in the binder resin 2.
  • the conductive filler 3 is not uniformly dispersed in the binder resin 2 but is appropriately aggregated. Therefore, the conductive fillers 3 are in contact with each other in the binder resin 2, and the conductivity of the first coating film 1, that is, the conductive layer is enhanced.
  • the light transmittance of the first coated film is preferably 20% or more, and more preferably 25% or more.
  • the upper limit of the light transmittance of the first coating film is about 70%.
  • the resistance value of the conductive layer is unlikely to decrease, and the conductivity can be enhanced, because the relationship of the above formula (2) is satisfied.
  • the shrinkage rate of the thermosetting resin binder depending on the thickness can be realized only with a high shrinkage amount, so it is judged as the light transmittance evaluated in the first coating film described above.
  • a conductive body having a large conductive path that is, a cured body that reflects the uneven distribution characteristics more greatly.
  • the conductive paste according to the present invention contains a conductive filler.
  • the compounding ratio of the conductive filler is preferably in the range of 150 parts by weight to 3000 parts by weight, and more preferably in the range of 300 parts by weight to 2000 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the binder resin. .
  • the conductivity of the conductive layer can be further enhanced.
  • the conductive filler is not particularly limited, and metal particles such as silver, copper or nickel, carbon fibers, and the like can be used.
  • the conductive filler includes a copper alloy powder containing at least one transition metal belonging to Groups 8 to 10 of the periodic table, and a carbon material covering at least a part of the surface of the copper alloy powder. And composite particles.
  • the copper alloy powder is obtained, for example, by pulverizing by an atomizing method.
  • the average particle size of the copper alloy powder is not particularly limited, but is preferably 0.1 ⁇ m to 50 ⁇ m, more preferably 0.1 ⁇ m to 20 ⁇ m, still more preferably 0.1 ⁇ m to 5 ⁇ m, and particularly preferably 1 ⁇ m to 5 ⁇ m.
  • an average particle diameter means an average volume particle diameter, and it can measure with the particle size distribution measuring apparatus of a laser diffraction and a scattering type
  • the mean volume particle size is calculated in the software of the device assuming that the shape of the particles is spherical. In the examples described later, the product number “MT3300II” manufactured by Microtrack Corporation was used.
  • the conductivity can be enhanced even when spherical copper powder obtained by the atomizing method is used as the conductive filler.
  • the conductive filler may be composite flake particles in which the carbon material covers at least a part of the flake-like copper alloy powder.
  • the transition metal belonging to Groups 8 to 10 of the periodic table is not particularly limited, but preferably includes iron, nickel, cobalt or palladium. Among them, iron, nickel or cobalt is preferable, and iron or cobalt is more preferable, because the catalytic activity is higher. More preferably, it is cobalt. Note that a plurality of transition metals may be included.
  • the copper alloy powder be cleaned with an etching solution or the like before the carbon material is attached to the surface by the below-mentioned CVD treatment.
  • the total content of transition metals in the copper alloy powder is preferably 0.1 to 10.0% by weight, more preferably 0.6 to 6.0% by weight, based on 100% by weight of the copper alloy powder. Preferably, it is 0.6% by weight to 1.0% by weight. If the total content ratio of transition metals is within the above range, according to the present invention, the conductivity of the composite particle which is the conductive filler can be further enhanced, and the conductive paste with more excellent conductivity can be surely provided. can do.
  • the composite particles may have a carbon material attached to the surface of the copper alloy powder so as to cover at least a part of the surface of the copper alloy powder.
  • Such composite particles can be formed by a CVD method in which a carbon source is brought into contact with the surface of copper alloy powder.
  • the composite particles be those in which a carbon material is produced on the surface of a copper alloy powder by the CVD method.
  • the carbon material may, for example, be graphene, a graphene stack of two or more layers, or a carbon fiber.
  • the carbon fiber is preferably a carbon nanofiber having a small fiber diameter.
  • the carbon nanofibers refer to carbon fibers having a fiber diameter of about 5 nm to 500 nm.
  • the composite particles preferably have a sea-like shape in which one end of a large number of carbon fibers is bonded to the surface of the copper alloy powder.
  • Such sea urchin-shaped composite particles are called spiny particles.
  • the density of the carbon fiber is high.
  • the carbon fibers constituting the spines of spiny particles are entangled with each other between adjacent composite particles. Therefore, it is considered that the contact point is increased, the contact resistance is lowered, and the conductivity is dramatically enhanced.
  • carbon fiber has an sp2 structure and has been confirmed to have conductivity, but it has not been confirmed whether or not it exhibits very high conductivity like SWCNT.
  • the composite particle used in the present invention is lower than the conductivity in the longitudinal direction of the carbon fiber, it is considered preferable to form shorter fibers on the surface of the copper alloy powder. Also in this case, the carbon fibers are entangled with each other between adjacent composite particles, and the conductivity can be more effectively enhanced.
  • the length of the carbon fiber is preferably 0.1 ⁇ m to 5.0 ⁇ m, more preferably 0.5 ⁇ m to 3.0 ⁇ m. It is desirable that the degree. As a result, entanglement of carbon fibers between adjacent composite particles can further reduce the contact resistance more effectively.
  • the adhesion amount of the carbon material to the copper alloy powder be within a certain range.
  • the said carbon material is inferior in conductivity to copper, it is because it is used in order to reduce the contact resistance between adjacent composite particles.
  • the adhesion amount of the carbon material to the copper alloy powder is not particularly limited, but is preferably 0.2% by weight to 4.0% by weight with respect to 100% by weight of the copper alloy powder, 0.3% by weight % To 3.0% by weight is more preferable, and 0.3% to 1.5% by weight is even more preferable.
  • the adhesion amount of the carbon material to the copper alloy powder is too small, the copper alloy powder may be sintered and aggregated in a CVD process or a heat treatment process described later.
  • the adhesion amount of the carbon material to the copper alloy powder is too large, the carbon material having lower conductivity than the copper alloy powder may reduce the conductivity.
  • a carbon source used for producing the above-mentioned carbon fiber on copper alloy powder surface can be used as the carbon source.
  • a carbon-containing compound having 1 to 30, preferably 1 to 7, more preferably 1 to 4 and further preferably 1 or 2 carbon atoms can be used.
  • carbon monoxide, a hydrocarbon, or alcohol etc. can be mentioned, for example.
  • saturated hydrocarbons, such as methane, ethane, or propane, and unsaturated hydrocarbons, such as ethylene or acetylene, can be used suitably.
  • Methanol, ethanol, etc. can be used suitably as said alcohol.
  • the use of a hydrocarbon such as ethylene is preferable because carbon fibers are easily produced from the catalyst at a low temperature.
  • the carbon source is desirably a material that is a gas at a high temperature of about 300 ° C. or higher. In that case, carbon fibers can be more easily produced by gas phase reaction.
  • the dimensions of the composite particles may be appropriately adjusted depending on the intended application method and application of the conductive paste.
  • the average particle diameter of the composite particles is desirably about 1 ⁇ m to 50 ⁇ m.
  • the average particle size of the composite particles be 20 ⁇ m or less. Furthermore, in the conductive paste used for screen printing, the average particle diameter of the composite particles is desirably about 0.5 ⁇ m to 10 ⁇ m. When flaky particles are mixed, the average particle diameter of the flaky particles is desirably about 1 ⁇ m to 50 ⁇ m.
  • the average particle size of the composite particles in the present invention may be appropriately selected depending on the purpose of use, the coating method, and the like.
  • the surface of the copper alloy powder may be contacted with a carbon source by the CVD method.
  • the copper alloy powder is preferably obtained by atomization as described above. In this case, copper alloy powder with less variation in average particle size can be obtained.
  • the copper alloy powder is heat-treated, for example, at 400 ° C. to 800 ° C. for several minutes to several thousand minutes in an anti-oxidant atmosphere in order to make the catalyst nanoparticles be precipitated and dispersed on the inside and on the surface of the composite particles. Is desirable (catalyst deposition step).
  • an apparatus such as a rotary kiln (rotary furnace) in which the powder flows and is uniformly processed.
  • the copper alloy powder in order to prevent powder agglomeration in the CVD process, it is desirable to add smaller particles to the copper alloy powder as a sintering inhibitor.
  • Such fine particles include Aerosil, carbon black, ketjen black and the like.
  • the amount of fine particles added is desirably 0.05% by weight to 2.0% by weight with respect to the copper alloy powder. More preferably, it is 0.1% by weight to 1.0% by weight.
  • FIG. 2 is a diagram showing a heat profile as an example of a method of producing composite particles.
  • the treatment is performed in an ethylene gas atmosphere, and in the other portions, the treatment is performed in a nitrogen gas atmosphere.
  • step 1-A shown in FIG. 2 the copper alloy powder is brought into contact with ethylene gas at 300 ° C. to 400 ° C. (flocculation preventing step).
  • step 1-B the nanocatalyst is deposited on the inside of the copper alloy powder and on the surface of the copper alloy powder by maintaining the temperature at 400 ° C. to 650 ° C. in a nitrogen gas (inert gas) atmosphere (catalyst deposition step).
  • a carbon material is produced from the nanocatalyst in an ethylene gas atmosphere (carbon material production step).
  • step 1-A by bringing copper alloy powder into contact with ethylene gas at low temperature (300 ° C. to 400 ° C.), aggregation of copper alloy powder in step 1-B (by placing copper alloy powder for a long time at high temperature) Aggregation) can be prevented.
  • step 1-B by placing copper alloy powder for a long time at high temperature
  • Aggregation can be prevented.
  • step 1-A aggregation of the copper alloy powder at high temperature is also prevented by adding, mixing, and optionally kneading nano-sized powder, Aerosil, and using it as a spacer. be able to.
  • the dispersibility of the above-mentioned Aerosil is good, and addition does not affect the conductivity of the conductive paste.
  • the powder may be dispersed (jet mill, ball mill, etc.) after the catalyst deposition step (step 1-B), and the carbon generation step (step 1-C) may be separately performed in the next step.
  • the carbon generation step step 1-C
  • steps 1-A to 1-C they may be processed into flakes with a ball mill or the like, and separately, the carbon material generation step (step 2-A shown in FIG. 3) may be performed in the next step.
  • composite flake particles can also be obtained by processing in order of CVD treatment, flaking treatment and re-CVD treatment.
  • the copper alloy powder was washed with nital solution (nitric acid 3% by weight / ethanol solution) or the like, and then it was further washed with ethanol and dried. It is desirable to provide.
  • nital solution nitric acid 3% by weight / ethanol solution
  • a heat treatment step (step 3-A) can be provided in a nitrogen gas (inert gas) atmosphere after the steps 1-A to 1-C.
  • the step 3-A is provided, the crystallinity of the carbon material can be further improved, and the conductivity of the carbon material can be further enhanced.
  • the conductivity of the obtained composite particles is further kneaded with a binder resin to form a paste for higher concentration of the catalyst on the surface of the copper alloy powder due to further growth of the nano catalyst to which the carbon material is attached. It can be enhanced.
  • the inert gas is not particularly limited, but it is preferable to use nitrogen gas or argon gas.
  • the heat treatment step (Step 3-A) is preferably performed at a temperature higher than that of Steps 1-A to 1-C. More preferably, it is in the range of 750 ° C to 1050 ° C.
  • the above step 3-A may be performed separately from the steps 1-A to 1-C.
  • the average particle size of the conductive filler is not particularly limited, but can be, for example, 0.5 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less.
  • the average particle size of the conductive filler is preferably 1 ⁇ m or more, and preferably 20 ⁇ m or less.
  • the average particle size of the conductive filler may be 1 ⁇ m or more and 5 ⁇ m or less. Even in that case, a conductive layer having excellent conductivity can be formed.
  • the conductive filler may have a filler body and a coating layer. At least a portion of the surface of the filler body is covered by the covering layer. A part of the surface of the filler body may be covered by the covering layer, or the entire surface of the filler body may be covered by the covering layer.
  • the multilayer layer may contain a resin having an active hydrogen-containing group and a compound having a functional group capable of reacting with the active hydrogen-containing group.
  • the covering layer constituting the conductive filler contains a resin having an active hydrogen-containing group and a compound having a functional group capable of reacting with the active hydrogen-containing group, conductivity and toughness Both can form a more excellent conductive layer.
  • the reason for this can be described as follows.
  • the coating layer is shrunk to form a portion in which the filler body is covered by the coating layer and a portion in which the filler body is not covered. Thereby, the contact between the filler main bodies can be secured, and the conductivity can be further improved.
  • the toughness can be further improved. Therefore, by applying a conductive paste containing a conductive filler having such a covering layer, it is possible to form a more excellent conductive layer due to both conductivity and toughness.
  • the surface of the filler body is treated for the purpose of improving the dispersibility and the toughness of the entire conductive filler, it is possible to improve the defects such as the decrease in the conductivity.
  • to-be-complexed layer contains the resin which has an active hydrogen containing group, and the compound which has a functional group which can react with an active hydrogen containing group.
  • the conductive filler is diluted with the solvent used for the conductive paste and separated by centrifugation, and the solvent is removed and extracted by a method avoiding heating such as vacuum drying.
  • the solvent may be removed by air drying.
  • the solvent used for the conductive paste usually does not completely dissolve the coating layer. Therefore, the conductive filler can be separated while leaving the coating layer on the surface of the filler main body if time is taken, the kneading power is applied, or the treatment such as heating is performed.
  • surface analysis of the extracted conductive filler is performed to confirm whether the resin having an active hydrogen-containing group and the compound having a functional group capable of reacting with the active hydrogen-containing group are contained.
  • Surface analysis can be performed, for example, by FT-IR.
  • the filler body As the filler body, the above-mentioned conductive filler can be used as it is. Specifically, metal particles such as silver, copper or nickel, carbon fibers, etc. can be used.
  • the filler main body includes the copper alloy powder containing at least one transition metal belonging to Groups 8 to 10 of the periodic table, and the carbon material covering at least a part of the surface of the copper alloy powder. It is preferable that they are composite particles of
  • the average particle size of the filler main body is not particularly limited, but can be, for example, 0.5 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less.
  • the average particle size of the filler body is preferably 1 ⁇ m or more, and preferably 20 ⁇ m or less.
  • the average particle diameter of the filler main body may be 1 ⁇ m or more and 5 ⁇ m or less. Even in that case, a conductive layer having excellent conductivity can be formed.
  • Coating layer Although it does not specifically limit as resin which comprises a coating layer, Resin which has an active hydrogen containing group is mentioned. In this case, the toughness of the conductive layer can be further enhanced.
  • Examples of the active hydrogen-containing group include at least one selected from the group consisting of a hydroxyl group, a carboxyl group, an amino group, an imino group and a thiol group.
  • a hydroxyl group is preferable, in which the reaction proceeds with other compounding agents at room temperature, and the storage stability needs to be low.
  • the resin having an active hydrogen-containing group is not particularly limited as long as it contains an active hydrogen-containing group, for example, polyvinyl acetal resin, polyvinyl alcohol resin, (meth) acrylic polymer containing active hydrogen-containing group, active hydrogen Examples thereof include polyester resins containing a containing group, phenol resins, polyurethane resins, and epoxy resins. These may be used alone or in combination of two or more.
  • (meth) acryl means the thing of an acryl or methacryl.
  • the resin containing a hydroxyl group is not particularly limited as long as it contains a hydroxyl group, and for example, polyvinyl acetal resin, polyvinyl alcohol resin, (meth) acrylic polymer containing a hydroxyl group, polyester resin containing a hydroxyl group, phenol resin, Polyurethane resin, epoxy resin and the like can be mentioned. These may be used alone or in combination of two or more.
  • polyvinyl acetal resin is preferable from the viewpoint of further improving the reactivity of the hydroxyl group, further preventing adverse effects such as moisture absorption, and facilitating the control of the polarity of the conductive filler surface.
  • polyvinyl butyral resin and polyvinyl acetoacetal resin are mentioned, and polyvinyl butyral resin is more preferable.
  • the content of the resin having an active hydrogen-containing group is preferably 0.1% by weight to 10% by weight to 100% by weight of the conductive filler, and more preferably 0.5% by weight to 100% by weight of the conductive filler. It is 2% by weight. If the content of the resin having an active hydrogen-containing group is too small, the toughness may be reduced. On the other hand, if the content of the resin having an active hydrogen-containing group is too large, the conductivity may not be sufficiently enhanced.
  • a resin having an active hydrogen-containing group and a compound having a functional group capable of reacting with the active hydrogen-containing group may be mixed and coated. That is, it may contain a resin having an active hydrogen-containing group and a compound having a functional group capable of reacting with the active hydrogen-containing group.
  • a functional group which can react with active hydrogen containing group an isocyanate group, a carboxyl group, an epoxy group, ester group, a metal alkoxy group etc. are mentioned, for example.
  • the compound having a functional group capable of reacting with an active hydrogen-containing group is not particularly limited as long as it has a functional group capable of reacting with an active hydrogen-containing group.
  • Examples of the compound having a functional group capable of reacting with an active hydrogen-containing group include blocked isocyanates, saturated (unsaturated) fatty acids and their anhydrides, alkoxysilanes, epoxy resins, and phenol resins. Among them, blocked isocyanate is preferable. In this case, the reactivity can be further enhanced even at a low temperature, and furthermore, the reverse reaction is less likely to occur. Blocked isocyanates have higher reactivity with the active hydrogen-containing groups described above and can, for example, form urethane linkages. In addition, when the isocyanate group is reacted as it is immediately after mixing, in many cases such as thickening and change in surface treatment effect are not preferable.
  • blocked isocyanate protected by a blocking agent and the like it is desirable to use blocked isocyanate protected by a blocking agent and the like.
  • the blocking agent regenerates and reacts with the isocyanate group by heat dissociation, and is widely used in paints for automobiles, building materials, home appliances, etc., adhesives and the like.
  • General-purpose blocking agents used for blocked isocyanates include alcohol-based, phenol-based, lactam-based and oxime-based blocking agents.
  • the coating amount of the compound having a functional group capable of reacting with the active hydrogen-containing group is preferably 0.1% by weight to 10% by weight, more preferably 1% by weight to 5% by weight, based on 100% by weight of the conductive filler. is there.
  • the toughness may be reduced.
  • the conductivity may not be sufficiently enhanced.
  • the binder resin is not particularly limited as long as it has a certain amount of dry curing shrinkage, and a conventionally known thermosetting resin used as a binder resin for conductive paste can be used.
  • a conventionally known thermosetting resin used as a binder resin for conductive paste can be used.
  • the binder resin for example, a phenol resin, an epoxy resin, a polyurethane resin, a melamine resin, a urea resin, a compound having a dehydration condensation group such as silanol group, a polyimide resin utilizing an ene reaction, or a polyester resin may be suitably used. it can.
  • phenol resins can be more suitably used.
  • the phenol resin novolac type phenol resin or resol type phenol resin can be used.
  • These may be used alone or in combination of two or more.
  • a compound having a dehydration condensation group such as a silanol group having a large shrinkage amount alone, a polyimide resin to which the compound is added, and the like can be suitably used.
  • the conductive paste of the present invention may further contain a solvent. Since the solvent contributes to the dispersibility of the conductive filler as well as the polarity of the binder resin, selection in consideration of the polarity is often important.
  • the conductive filler has low polarity when it is coated with, for example, a carbon material or a covering material containing a polyvinyl butyral resin, depending on the method of surface treatment. Therefore, from the viewpoint of lowering the dispersibility of the conductive filler in the binder resin and increasing the light transmittance of the dry cured product, it is preferable that the solvent has an SP value of 22 MPa 1/2 or more. When the SP value of the solvent is less than 22 MPa 1/2 , the conductive filler may be more uniformly dispersed in the conductive paste, and sufficient conductivity may not be exhibited.
  • the SP value of the solvent can be obtained from literature information, and can also be obtained by the calculation method of Hansen or Hoy, the estimation method of Fedors, or the like.
  • triethanolamine ethylene glycol, dimethyl sulfoxide, ethylene glycol monobutyl ether, propylene glycol monoethyl ether, triethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoisopropyl ether, diethylene glycol monoethyl ether , Diethylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monophenyl ether, ethylene glycol monomethyl ether, 1,2-hexanediol, triethylene glycol, diethylene glycol or 1,3-butanediol, N, N -Dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide And polar solvents such as formamide. These may be used alone or in combination of two or more.
  • additives In the conductive paste according to the present invention, other additives may be added as needed.
  • the additive include an antistatic agent, an ultraviolet light absorber, a plasticizer, a lubricant, a filler, a colorant, a weathering stabilizer, a lubricant, a crosslinking agent, an antiblocking agent or an antioxidant.
  • the conductive paste according to the present invention can be obtained, for example, by mixing and kneading a conductive filler and a binder resin.
  • a dissolver or a three-roll mill can be used.
  • Example 1 Conductive filler; Step (A): Production of composite metal powder A composite metal powder which is an alloy having a weight ratio of copper to cobalt (copper / cobalt) of 99% by weight / 1% by weight is produced by high-pressure water atomization method. The mixture was classified into a composite metal powder having an average particle diameter of 3 ⁇ m by a classifier.
  • Binder resin and other additives As resin 1, a resol-based phenol resin (manufactured by Gunei Chemical Co., Ltd., trade name "PL-2211") was used. A silanol group-containing compound was used as the additive. Further, ethylene glycol and dimethyl sulfoxide were used as the solvent.
  • resin 1 a resol-based phenol resin (manufactured by Gunei Chemical Co., Ltd., trade name "PL-2211”) was used as the additive. Further, ethylene glycol and dimethyl sulfoxide were used as the solvent.
  • the silanol group-containing compound was produced as follows.
  • silane coupling agent Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., trade name "KBE 403"
  • KBE 403 silane coupling agent
  • the solid content of the silanol group-containing compound solution was 54% by weight.
  • the added amount (specifically, 1.7 parts by weight) of the hydrolyzable silane coupling agent shown in Table 1 below was added to 100 parts by weight of the conductive filler in an amount corresponding to the solid content.
  • the above-mentioned binder resin composition is applied to a polyimide film (manufactured by Ube Industries, Ltd., trade name "UPILEX”) at a coating amount equivalent to 55 g / m 2 of dry solid content, and after coating, 170 ° C and 30 minutes
  • the film was dried and cured under the following conditions, and the shrinkage rate in one dimension was determined from the amount of warpage that occurred.
  • the contraction rate ⁇ (%) was determined using the following formula (1) described above.
  • conductive paste Preparation of conductive paste; Next, to 100 parts by weight of the above-mentioned conductive filler, 3 parts by weight of a resol based phenol resin, a silanol group-containing compound, 4 parts by weight of ethylene glycol as a solvent and 4 parts by weight of dimethyl sulfoxide are added at a ratio shown in Table 1 below.
  • the conductive paste was produced by roll kneading.
  • Example 2 2 parts by weight of a blocked isocyanate (product of DIC, trade name “Barnock D-550”) instead of oleic acid, polyvinyl butyral resin (trade name "BM-S", Sekisui Chemical Co., Ltd.)
  • a blocked isocyanate product of DIC, trade name "Barnock D-550”
  • polyvinyl butyral resin trade name "BM-S”, Sekisui Chemical Co., Ltd.
  • the adhesion amount of carbon fiber is a ratio of the carbon fiber with respect to the composite metal powder to which the carbon fiber adhered.
  • oleic acid Feji Film as a coating material
  • Example 2 The other points were the same as in Example 1 except that the silanol group-containing compound was not used and 4 parts by weight of ethyl carbitol was used as the solvent, and the light transmittance and the shrinkage (when the shrinkage was measured)
  • the film thickness (coating thickness) was measured to be 65 ⁇ m, and a conductive paste was further produced.
  • Example 4 As a covering material, in place of oleic acid, 3.2 parts by weight of a blocked isocyanate (manufactured by DIC, trade name "Burnock D-550”), polyvinyl butyral resin (manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd., trade name "BM-S”) The procedure of Example 3 was repeated except that 0.75 parts by weight and 1 part by weight of stearic acid were used, and that the silanol group-containing compound and ethylene glycol and dimethyl sulfoxide as solvents were used in the same manner as in Example 1. The light transmittance and the shrinkage (however, the film thickness (coating thickness at the time of measuring the shrinkage (coating thickness) is 60 ⁇ m)) were measured, and furthermore, a conductive paste was produced.
  • a blocked isocyanate manufactured by DIC, trade name "Burnock D-550
  • polyvinyl butyral resin manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd.,
  • Example 5 As binder resin, 9.6 parts by weight of resol-based phenol resin (product name "PL-2211” manufactured by Gunei Chemical Co., Ltd.), which is solid 1, with 100 parts by weight of conductive filler, and resin 2 The use of 2.4 parts by weight of a certain bisphenol A type epoxy resin (manufactured by Kokuto Chemical Co., Ltd., trade name “YD-127”), that a silanol group-containing compound was not used, and ethyl carbitol 4 as a solvent In the same manner as in Example 4 except that the parts by weight were used, the light transmittance and the shrinkage (however, the film thickness at the time of measuring the shrinkage (coating thickness) is 50 ⁇ m) were measured, and further conductive paste Was produced.
  • resol-based phenol resin product name "PL-2211” manufactured by Gunei Chemical Co., Ltd.
  • Example 6 As a covering material, decahydronaphthalene (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used instead of oleic acid.
  • a binder resin resin 4, 4,4 '-(1-methylethylidene) bis (2-allylphenol) (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), solid content with respect to 100 parts by weight of the conductive filler. 36 parts by weight and 6.72 parts by weight of Resin 2, 4,4′-bismaleimidodiphenylmethane (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) were used.
  • the silanol group-containing compound was used in the same manner as in Example 1.
  • Example 7 As a covering material, decahydronaphthalene (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used instead of oleic acid.
  • a binder resin a silanol group-containing compound which is a resin 1 was used. Further, 4 parts by weight of ethylene glycol and 4 parts by weight of triethanolamine were used as a solvent with respect to 100 parts by weight of the conductive filler. The other points were the same as in Example 3, and the light transmittance and the shrinkage (however, the film thickness (coating thickness) at the time of measuring the shrinkage (coating thickness) was 50 ⁇ m) were measured, and a conductive paste was produced.
  • the silanol group containing compound which is resin 1 was manufactured as follows.
  • silane coupling agent Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., trade name "KBE 403"
  • KBE 403 silane coupling agent
  • 80 parts by weight of tetraethyl orthosilicate manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd. was added, and the mixture was further stirred at room temperature for 2 days.
  • tetraethyl orthosilicate manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.
  • a silanol group-containing compound solution was obtained by adding 50 parts by weight of hexamethylenediamine (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) as a crosslinking accelerator to the hydrolyzate.
  • the solid content of the silanol group-containing compound solution was 46% by weight.
  • the amount of the silanol group-containing compound solution was added in an amount of 8.68 parts by weight based on 100 parts by weight of the conductive filler corresponding to the solid content.
  • Example 8 The light transmittance and the contraction rate (but the contraction rate are the same as in Example 7) except that the composite metal powder (conductive filler) whose surface is not covered by the coating layer is used without using the covering material.
  • the film thickness at the time of measurement (coating thickness) measured 50 micrometers, and also produced the conductive paste.
  • Example 9 The light transmittance and the shrinkage (but shrinkage are the same as in Example 4) except that polyvinyl acetoacetal resin (manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd., trade name "KS-5Z") is used instead of polyvinyl butyral resin.
  • the film thickness (coating thickness) at the time of percentage measurement was 60 ⁇ m, and further, a conductive paste was produced.
  • Example 1 In the same manner as in Example 1 except that copper powder (manufactured by Dowa Electronics Co., electrolytic copper powder, copper 100% by weight) was used as the filler body, and the addition amount of oleic acid was 1 part by weight, light transmittance and The shrinkage rate was measured, and further, a conductive paste was produced.
  • copper powder manufactured by Dowa Electronics Co., electrolytic copper powder, copper 100% by weight
  • Example 2 The light transmittance and the shrinkage are measured in the same manner as in Example 1 except that the composite metal powder obtained in the step (A) in Example 1 is used as it is as a conductive filler, and further, a conductive paste is obtained. Was produced.
  • Example 3 The light transmittance and the amount of shrinkage are measured in the same manner as in Example 4 except that the composite metal powder to which 1.5% by weight of carbon fiber is attached is used as it is as a conductive filler, and a conductive paste is further produced. did.
  • Comparative example 4 As a binder resin, 2.4 parts by weight of a resol-based phenolic resin (product name "PL-2211” manufactured by Gunei Chemical Co., Ltd.), which is a solid content, with 100 parts by weight of the conductive filler
  • a certain bisphenol A-type epoxy resin made by Kokuto Chemical Co., Ltd., trade name “YD-127” was used, the light transmittance and the shrinkage ( However, the film thickness (coating thickness) at the time of shrinkage ratio measurement (coating thickness) measured 50 micrometers, and also produced the conductive paste.
  • Example 5 The compound manufactured as follows as a silanol group containing compound was used. Eight parts by weight of ethylene glycol was used as a solvent with respect to 100 parts by weight of the conductive filler. The other points were the same as in Example 7, and the light transmittance and the contraction rate (however, the film thickness (coating thickness at the time of measurement of the contraction rate (coating thickness) is 62 ⁇ m)) were measured, and further a conductive paste was produced.
  • the silanol group-containing compound was produced as follows.
  • silane coupling agent Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., trade name "KBE 403"
  • KBE 403 silane coupling agent
  • the solid content of the silanol group-containing compound solution was 54% by weight.
  • the amount of the silanol group-containing compound solution was added in an amount of 8.68 parts by weight based on 100 parts by weight of the conductive filler corresponding to the solid content.
  • Example 6 In the same manner as in Example 4 except that as the covering material, only the blocked isocyanate and stearic acid were used and only 0.75 parts by weight of the polyvinyl butyral resin was used, the light transmittance and the shrinkage (where the shrinkage was measured) The film thickness (coating thickness) measured 60 micrometers, and also produced the conductive paste.
  • Example 7 The light transmittance and the shrinkage (but shrinkage are the same as in Example 4) except that polyvinyl butyral resin is not used as the covering material, and only 3.2 parts by weight of blocked isocyanate and 1 part by weight of stearic acid are used.
  • the film thickness (coating thickness) at the time of percentage measurement was 60 ⁇ m, and further, a conductive paste was produced.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the film thickness (coating thickness) of the second coated film obtained in Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 7 and the shrinkage rate.
  • the film thickness at the time of shrinkage ratio measurement shall be a film thickness of the coating film except a base material.
  • Elongation at break of the conductive layer electroconductive layer elongation at break
  • a polyimide film (trade name "UPILEX” manufactured by Ube Industries, Ltd., punched out in the No. 1 dumbbell shape specified in JIS K6251 with the conductive pastes obtained in Examples 2, 4, 5, 9 and Comparative Examples 2, 6, 7 ) was coated on. Thereafter, the binder resin in the conductive paste was crosslinked by drying at conditions of 170 ° C. and 30 minutes. Thereby, a 50 ⁇ m thick conductive layer was obtained on the dumbbell-shaped polyimide film.
  • dumbbell-shaped test piece was subjected to a tensile test (Orientech Co., product number "Tensilon UTA-5000”) at a test speed of 1 mm / min. Since the lowest strain breaking point occurs at a strain considerably lower than the breaking point of the polyimide film, this strain is taken as the breaking strain at the breaking point of the conductive layer.
  • the conductive pastes obtained in Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 7 were applied by screen printing, and then dried at 170 ° C. for 30 minutes. Thereby, the binder resin in the conductive paste was crosslinked to obtain a conductive layer having a width of 1 mm, a length of 50 mm, and a thickness of 50 ⁇ m on a slide glass. The specific resistance of the conductive layer was determined from the resistance value between both ends of the obtained conductive layer.

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Abstract

粒子径の小さい球状銅粉を用いた場合においても、導電性に優れた導電層を形成することを可能とする、導電性ペーストを提供する。 導電性フィラーと、バインダー樹脂とを含み、バインダー樹脂100重量部と、導電性フィラー20重量部とを含む第1のペーストを第1の基材上に100g/m2の塗工量で塗工し、バインダー樹脂を乾燥硬化させることにより第1の塗工膜を作製したときに、第1の塗工膜の光線透過率が20%以上であり、バインダー樹脂を含み、導電性フィラーを含まない第2のペーストを第2の基材上に乾燥固形分55g/m2相当の塗工量で塗工し、バインダー樹脂を乾燥硬化させることにより第2の塗工膜を作製したときに、第2の塗工膜の膜厚tμmと、下記式(1)により求められる収縮率α%が下記式(2)の関係を満たしている、導電性ペースト。 α=(1-(乾燥硬化後の第2の塗工膜表面の弧長)/(乾燥硬化後の第2の基材の弧長))×100…式(1) α≧(5t+50)×10-3…式(2)

Description

導電性ペースト
 本発明は、導電性フィラーと、バインダー樹脂とを含む、導電性ペーストに関する。
 従来、電子部品の電極や、配線または回路形成などに、導電性ペーストが用いられている。このような導電性ペーストとしては、導電性フィラーがバインダー樹脂中に分散されてなるペーストが広く知られている。
 導電性ペーストに用いられる導電性フィラーとしては、銀粉が用いられてきた。しかしながら、銀粉は高価であることに加え、マイグレーション性が強いという問題がある。そこで、銀粉の代替として銅粉の使用が検討されている。もっとも、銅粉は酸化し易いことから、銅粉がフィラーとして使用されている導電性ペーストを塗布し、大気中で加熱硬化すると、酸素との反応により銅の酸化被膜を生じやすい。その酸化被膜の影響により、電気抵抗が大きくなるという問題がある。
 下記の特許文献1には、特殊装置で扁平化された銅粉がキレート剤で被覆されてなる導電性フィラーが開示されている。下記の特許文献2には、ネック部を有する湿式還元銅粉からなる導電性フィラーが開示されている。下記の特許文献3には、アミン及びカルボン酸により被覆されてなる導電性フィラーが開示されている。また、下記の特許文献4には、脂肪酸及びトリエタノールアミン混合物により被覆されてなる導電性フィラーが開示されている。
特開平11-7830号公報 特開2007-165305号公報 国際公開第2016/199811号 国際公開第2016/140185号
 特許文献1や特許文献2の導電性フィラーは、特殊な形状を有することから、生産量の問題やコストの問題により一般的に広く用いることはできない。一方、特許文献3や特許文献4の方法においては、粒子径の大きな導電性フィラーにおいて効果が確認されている。しかしながら、スクリーン印刷性を向上させる目的で、一般的なアトマイズ法により得られた平均粒子径5μm以下の球状銅粉に適用した場合、導電性が低く、高抵抗になるという問題がある。従って、アトマイズ法により得られた平均粒子径5μm以下の球状銅粉を導電性フィラーとして用いた場合、高い導電性を有する導電層を得ることが困難であった。特に、スクリーン印刷性を向上することを目的として、樹脂や溶剤を変更すると導電性が低下することがあった。
 本発明の目的は、粒子径の小さい球状銅粉を用いた場合においても、導電性に優れた導電層を形成することを可能とする、導電性ペーストを提供することにある。
 本発明に係る導電性ペーストは、導電性フィラーと、バインダー樹脂とを含み、前記バインダー樹脂100重量部と、前記導電性フィラー20重量部とを含む第1のペーストを第1の基材上に100g/mの塗工量で塗工し、前記バインダー樹脂を乾燥硬化させることにより第1の塗工膜を作製したときに、該第1の塗工膜の光線透過率が20%以上であり、前記バインダー樹脂を含み、前記導電性フィラーを含まない第2のペーストを第2の基材上に乾燥固形分55g/m相当の塗工量で塗工し、前記バインダー樹脂を乾燥硬化させることにより第2の塗工膜を作製したときに、該第2の塗工膜の膜厚tμmと、下記式(1)により求められる収縮率α%が下記式(2)の関係を満たしている。
 α=(1-(乾燥硬化後の第2の塗工膜表面の弧長)/(乾燥硬化後の第2の基材の弧長))×100…式(1)
 α≧(5t+50)×10-3…式(2)
 本発明に係る導電性ペーストのある特定の局面では、前記導電性フィラーの平均粒子径が、1μm以上、5μm以下である。
 本発明に係る導電性ペーストの他の特定の局面では、前記導電性フィラーが、周期表第8族~第10族に属する少なくとも1種の遷移金属を含む銅合金粉と、該銅合金粉の表面の少なくとも一部を覆っている炭素材料とを含む複合粒子である。
 本発明に係る導電性ペーストのさらに他の特定の局面では、前記遷移金属が、コバルトである。
 本発明に係る導電性ペーストのさらに他の特定の局面では、前記炭素材料が、カーボンファイバーである。
 本発明に係る導電性ペーストのさらに他の特定の局面では、前記導電性フィラーが、フィラー本体と、該フィラー本体の表面の少なくとも一部を覆っている被覆層とを有し、前記被複層が、活性水素含有基を有する樹脂と、前記活性水素含有基と反応可能な官能基を有する化合物とを含有する。
 本発明に係る導電性ペーストのさらに他の特定の局面では、前記活性水素含有基が、水酸基、カルボキシル基、アミノ基、イミノ基及びチオール基からなる群から選択された少なくとも1種である。
 本発明に係る導電性ペーストのさらに他の特定の局面では、前記活性水素含有基を有する樹脂が、ポリビニルアセタール樹脂である。
 本発明に係る導電性ペーストのさらに他の特定の局面では、前記活性水素含有基と反応可能な官能基を有する化合物が、ブロックイソシアネートである。
 本発明に係る導電性ペーストのさらに他の特定の局面では、前記フィラー本体の平均粒子径が、1μm以上、5μm以下である。
 本発明に係る導電性ペーストのさらに他の特定の局面では、前記フィラー本体が、周期表第8族~第10族に属する少なくとも1種の遷移金属を含む銅合金粉と、該銅合金粉の表面の少なくとも一部を覆っている炭素材料とを含む複合粒子である。
 本発明に係る導電性ペーストのさらに他の特定の局面では、前記遷移金属が、コバルトである。
 本発明に係る導電性ペーストのさらに他の特定の局面では、前記炭素材料が、カーボンファイバーである。
 本発明によれば、粒子径の小さい球状銅粉を用いた場合においても、導電性に優れた導電層を形成することを可能とする、導電性ペーストを提供することができる。
図1は、第1の塗工膜を示す模式的断面図である。 図2は、複合粒子の製造方法の一例としてのヒートプロファイルを示す図である。 図3は、再CVD処理のヒートプロファイルを示す図である。 図4は、CVD工程の後に熱処理工程を設ける場合のヒートプロファイルを示す図である。 図5は、実施例1~9及び比較例1~7で得られた第2の塗工膜の膜厚と収縮率との関係を示すグラフである。
 以下、本発明の詳細を説明する。
 本発明に係る導電性ペーストは、導電性フィラーと、バインダー樹脂とを含む。
 本発明においては、以下のようにして作製した第1の塗工膜の光線透過率が20%以上である。第1の塗工膜は、バインダー樹脂100重量部と、導電性フィラー20重量部とを含む第1のペーストを第1の基材上に100g/mの塗工量で塗工し、バインダー樹脂を乾燥硬化させることにより得ることができる。
 上記光線透過率は、波長700nmにおける光線透過率である。光線透過率は、例えば、分光光度計(日立ハイテクノロジーズ社製、品番「U-3900」)により、第1の基材ごと測定することができる。なお、光線透過率の測定に際しては、ブランク試験体を、光線透過率の対照サンプルとして使用し、初期光線透過率から除いておくものとする。ブランク試験体は、第1の基材上に、導電性フィラーを含まないこと以外は第1のペーストと同じペーストを100g/mの塗工量で塗布し乾燥硬化させることにより得ることができる。また、塗工ムラ等により測定値にバラつきが生じることを抑制するために、10箇所の異なる箇所で測定し、その測定結果の平均値を求めるものとする。
 第1の基材としては、例えば、耐熱性のあるガラス板等の透明基材を用いることができる。第1のペーストは、導電性フィラー及びバインダー樹脂に加えて、溶剤や添加剤を含んでいてもよい。溶剤や添加剤としては、後述の導電性ペーストに使用できる溶剤や添加剤を用いることができる。
 また、第1のペーストの塗工に際して、第1の基材が厚く流動することにより膜厚が確保できない場合には、テープ材料等で、第1の基材上に枠体を形成してもよい。また、塗工後30分間、緩和時間を置いてから、乾燥硬化してもよい。この場合、第1の塗工膜をより一層均一化することができ、測定結果をより一層安定させることができる。また、乾燥硬化の温度は、バインダー樹脂の種類にもよるが例えば120℃~200℃とすることができる。乾燥硬化の時間についても、バインダー樹脂の種類にもよるが例えば5分~60分とすることができる。
 また、本発明においては、第2の塗工膜の膜厚tμmと、下記式(1)により求められる一次元方向の収縮率α%が下記式(2)の関係を満たしている。
 α=(1-(乾燥硬化後の第2の塗工膜表面の弧長)/(乾燥硬化後の第2の基材の弧長))×100…式(1)
 α≧(5t+50)×10-3…式(2)
 第2の塗工膜は、バインダー樹脂を含み、導電性フィラーを含まない第2のペーストを第2の基材上に乾燥固形分55g/m相当の塗工量で塗工し(第2のペーストの乾燥固形分が55g/mとなるように塗工し)、バインダー樹脂を乾燥硬化させることにより得ることができる。なお、塗工膜の膜厚(塗工厚み)は、乾燥硬化後の膜厚を意味するものとする。
 なお、式(1)において、乾燥硬化後の第2の塗工膜表面の弧長を求めるに際しては、まず、第2の基材の長さ方向における一端から他端までの弧長Lを求める。続いて、第2の基材の長さ方向における一端から他端までの2点間の長さの最短距離である弦長dを求める。次に、弧長L及び弦長dから円近似として同円の半径r及び中心角θを下記式(3)及び式(4)より求める。
 L=r×θ…式(3)
 d=2×r×sinθ…式(4)
 なお、半径rは、第2の基材の弧長Lから求めているので、半径rから塗工厚みを減じた半径r及び中心角θを用いて、下記式(5)から、乾燥硬化後の第2の塗工膜表面の弧長Lを求めることができる。上記「塗工厚み」とは、乾燥硬化後の厚みを意味するものとする。
 L=r×θ…式(5)
 上記のようにして得られた収縮率α%は、導電層の導電性をより一層高める観点から、式(2)の右辺((5t+50)×10-3)の1.5倍以上であることが好ましい。また、収縮率α%は、式(2)の右辺((5t+50)×10-3)の10倍以下であることが好ましい。10倍を超えるとそれ以上の導電性向上の効果が得られ難く、第2の基材からの剥離や、基材破壊等の導電性以外の不具合が生じる場合がある。
 第2の基材としては、好ましくは樹脂フィルムである。なかでも耐熱性や寸法安定性をより一層高める観点から、より好ましくはポリイミドフィルムである。樹脂フィルムの厚みとしては、好ましくは30μm以上、100μm以下である。第2の基材が薄すぎると、乾燥硬化の際の反りを生じることにより破壊されることがある。第2の基材が厚すぎると、反り量に影響を及ぼす場合がある。
 第2のペーストは、バインダー樹脂に加えて、溶剤や添加剤を含んでいてもよい。溶剤や添加剤としては、後述の導電性ペーストに使用できる溶剤や添加剤を用いることができる。第2のペーストは、導電性フィラーを含まない。
 本発明においては、第1の塗工膜の光線透過率が上記下限以上であり、しかも第2の塗工膜が、上記式(2)の関係を満たしているので、導電性フィラーとして粒子径の小さい球状銅粉を用いた場合においても、導電性に優れた導電層を形成することができる。
 この点については、以下のように説明することができる。
 まず、導電性フィラーを含む塗工膜の光線透過率が低いとき、すなわち導電性フィラーの分散性が高いとき、導電性フィラー同士の接触が阻害され、導電層の導電性が低くなることがある。
 これに対して、本発明においては、第1の塗工膜の光線透過率が上記下限以上である。そのため、導電性フィラーが適度に凝集されることになる。具体的には、図1に示す、第1の塗工膜の模式的断面図を用いて説明することができる。第1の塗工膜1は、乾燥硬化後のバインダー樹脂2と、バインダー樹脂2中に配置された導電性フィラー3とを備える。図1に示すように、バインダー樹脂2中において導電性フィラー3は均一には分散しておらず、適度に凝集されている。そのため、バインダー樹脂2中において導電性フィラー3同士が接触し、第1の塗工膜1、すなわち導電層の導電性が高められることとなる。
 導電層の導電性をより一層高める観点から、第1の塗工膜の光線透過率は、好ましくは20%以上であり、より好ましくは25%以上である。第1の塗工膜の光線透過率の上限は、70%程度である。第1の塗工膜の光線透過率が大きすぎると導電性フィラーがより密に凝集し、逆に導電性が低下することがある。
 また、本発明においては、上記式(2)の関係を満たしていることからも、導電層の抵抗値が低下し難く、導電性を高めることができる。この理由については、厚みに依存する熱硬化性樹脂バインダーの収縮率において、高い収縮量でないと実現できないものであるので、先の第1の塗工膜で評価された、光線透過率として判定された偏在特性をより大きく反映させた硬化体すなわち、大きな導電経路を有する導電層を形成することによるものである。
 以下、本発明の導電性ペーストを構成する各成分についてより詳細に説明する。
 (導電性フィラー)
 本発明に係る導電性ペーストは、導電性フィラーを含んでいる。導電性フィラーの配合割合としては、バインダー樹脂100重量部に対して、150重量部~3000重量部の範囲内であることが好ましく、300重量部~2000重量部の範囲内であることがより好ましい。導電性フィラーの配合割合を上記範囲内とすることにより、導電層の導電性をより一層高めることができる。
 導電性フィラー;
 導電性フィラーとしては、特に限定されず、銀、銅又はニッケルなどの金属粒子やカーボンファイバーなどを用いることができる。
 なかでも、導電性フィラーは、周期表第8族~第10族に属する少なくとも1種の遷移金属を含む銅合金粉と、銅合金粉の表面の少なくとも一部を覆っている炭素材料とを含む、複合粒子であることが好ましい。
 上記銅合金粉は、例えばアトマイズ法により粉体化することにより得られる。この銅合金粉の平均粒子径は、特に限定されないが、好ましくは0.1μm~50μm、より好ましくは0.1μm~20μm、さらに好ましくは0.1μm~5μm、特に好ましくは1μm~5μmである。
 銅合金粉の平均粒子径が上記好ましい範囲内であれば、本発明に従って、導電性に優れた導電性ペーストをより一層確実に得ることができる。なお、本明細書において、平均粒子径とは、平均体積粒子径のことをいい、レーザー回折・散乱式の粒子径分布測定装置により測定することができる。平均体積粒子径は粒子の形状を球形と仮定して装置のソフトウエアで計算される。後述の実施例では、マイクロトラック社製の品番「MT3300II」を用いた。
 本発明においては、上述したように、導電性フィラーとしてアトマイズ法により得られた球状銅粉を用いた場合においても、導電性を高めることができる。もっとも、本発明においては、例えば、アスペクト比が1より大きいフレーク状を有するものを導電性フィラーとした場合においても、導電性を高めることができる。従って、導電性フィラーは、フレーク状の銅合金粉の少なくとも一部を炭素材料が覆っている複合フレーク粒子であってもよい。
 周期表第8族~第10族に属する遷移金属としては、特に限定されないが、好ましくは、鉄、ニッケル、コバルト又はパラジウムが挙げられる。なかでも、触媒活性がより高いため、鉄、ニッケル又はコバルトが好ましく、鉄又はコバルトがより好ましい。さらに好ましくは、コバルトである。なお、複数の遷移金属を含んでもいてもよい。
 また、銅合金粉は、後述のCVD処理により炭素材料を表面に付着させる前に、エッチング液などにより清浄化しておくことが望ましい。
 銅合金粉における遷移金属の総含有割合は、銅合金粉100重量%中、好ましくは0.1重量%~10.0重量%、より好ましくは0.6重量%~6.0重量%、さらに好ましくは0.6重量%~1.0重量%である。遷移金属の総含有割合が上記範囲内であれば、本発明に従って、導電性フィラーである複合粒子の導電性をより一層高めることができ、より一層導電性に優れた導電性ペーストを確実に提供することができる。
 複合粒子は、銅合金粉の表面の少なくとも一部を覆うように、銅合金粉の表面に炭素材料が付着されたものであってもよい。このような複合粒子は、銅合金粉の表面に、炭素源を接触させるCVD法により形成することができる。このように、複合粒子は、CVD法により銅合金粉表面に炭素材料を生成させたものであることが望ましい。
 炭素材料としては、グラフェン、2層以上のグラフェン積層体、又はカーボンファイバーなどが挙げられる。カーボンファイバーとしては、繊維径が小さいカーボンナノファイバーであることが好ましい。なお、カーボンナノファイバーとは、繊維径が5nm~500nm程度のカーボンファイバーをいうものとする。
 複合粒子は、銅合金粉表面に、多数のカーボンファイバーの一端が結合している、ウニ状の形状を有することが望ましい。このようなウニ状の形状の複合粒子は、スピニーパーティクル(spiny particle)と称されている。スピニーパーティクル形状の場合、カーボンファイバーの密度が高いことが望ましい。
 なお、スピニーパーティクル形状の複合粒子の場合、驚くべきことに、隣り合う複合粒子を接触させると、銅合金粉自体が接触している場合に比べて導電性がより一層高くなっていることが確かめられている。すなわち、複合粒子を構成している銅合金粉及びカーボンファイバーのそれぞれの導電性よりも、上記スピニーパーティクル形状の複合粒子同士を接触させた場合には、導電性がより一層高められている。これは、以下の理由によると考えられる。
 複合粒子同士が接触すると、隣り合う複合粒子間でスピニーパーティクルのトゲを構成しているカーボンファイバー同士が絡み合うことになる。そのため、接触点が増加して、接触抵抗が低くなり、導電性が飛躍的に高められていると考えられる。
 また、カーボンファイバーは、sp2構造を有し、導電性を有することが確認されているが、SWCNTのような非常に高い導電性を示すかどうかは確認されていない。本発明に用いられる複合粒子は、カーボンファイバーの長さ方向の導電性よりも低い場合には、より短い繊維を銅合金粉表面に形成したほうが好ましいと考えられる。この場合においても、隣り合う複合粒子間において、カーボンファイバー同士が絡み合い、導電性をより一層効果的に高めることができる。
 本発明においては、銅合金粉の平均粒子径が0.1μm~50μm程度である場合、カーボンファイバーの長さは、好ましくは0.1μm~5.0μm、より好ましくは0.5μm~3.0μm程度であることが望ましい。それによって、隣り合う複合粒子間におけるカーボンファイバー同士の絡み合いにより、接触抵抗をより一層効果的に低めることができる。
 従って、本発明においては、銅合金粉への炭素材料の付着量についても一定の範囲にあることが望ましい。上記炭素材料は、銅よりも導電性が劣るものの、隣り合う複合粒子間の接触抵抗を低減させるために使用しているからである。
 本発明において、銅合金粉への炭素材料の付着量は、特に限定されないが、銅合金粉100重量%に対し0.2重量%~4.0重量%であることが好ましく、0.3重量%~3.0重量%であることがより好ましく、0.3重量%~1.5重量%であることがさらに好ましい。炭素材料の銅合金粉への付着量が少なすぎると、銅合金粉が後述するCVD工程や熱処理工程において焼結凝集することがある。他方、炭素材料の銅合金粉への付着量が多すぎると、銅合金粉よりも導電性が劣る炭素材料が導電性を低下させることがある。
 上記カーボンファイバーを銅合金粉表面において生成させるのに用いられる炭素源としては、様々な炭素材料を用いることができる。炭素源としては、例えば、炭素数1~30、好ましくは1~7、より好ましくは1~4、さらに好ましくは1又は2である炭素含有化合物を用いることができる。このような化合物としては、例えば、一酸化炭素、炭化水素、又はアルコールなどを挙げることができる。上記炭化水素としては、メタン、エタン、又はプロパンなどの飽和炭化水素や、エチレン又はアセチレンなどの不飽和炭化水素を適宜用いることができる。上記アルコールとしては、メタノールやエタノールなどを適宜用いることができる。なかでも、エチレンなどの炭化水素を用いた場合、触媒から炭素繊維が低温で生成し易いため好ましい。
 さらに、炭素源は、300℃以上程度の高温で気体である材料であることが望ましい。その場合、気相反応によってより一層容易に炭素繊維を生成することができる。
 なお、複合粒子の寸法は、目的とする導電性ペーストの塗布方法や用途によって適宜調整すればよい。例えば、導電性接着剤などに使用する導電性ペーストでは、複合粒子の平均粒子径は1μm~50μm程度とすることが望ましい。
 他方、ステンシルなどで導電性ペーストを印刷する場合には、複合粒子の平均粒子径は20μm以下であることが望ましい。さらに、スクリーン印刷に用いる導電性ペーストでは、複合粒子の平均粒子径は、0.5μm~10μm程度とすることが望ましい。フレーク状粒子が混じる場合、フレーク状粒子の平均粒子径は1μm~50μm程度とすることが望ましい。
 このように、本発明における上記複合粒子の平均粒子径は、使用する目的及び塗布方法などに応じて適宜選択すればよい。
 複合粒子の製造に際しては、例えば、銅合金粉を用意する工程の後、銅合金粉表面にCVD法により炭素源を接触させればよい。上記銅合金粉は、条述したようにアトマイズ法により得ることが好ましい。この場合、平均粒子径のばらつきのより一層少ない銅合金粉を得ることができる。
 銅合金粉は、複合粒子の内部及び表面に触媒ナノ粒子が析出され分散された状態にするため、例えば、酸化防止雰囲気下で400℃~800℃、数分~数1000分の熱処理をすることが望ましい(触媒析出工程)。なお、CVD処理において粉体(銅合金粉)の凝集を防止するためには、ロータリーキルン(回転炉)のように粉体が流動し、均一に処理される装置を用いることが望ましい。
 また、CVD処理において粉体の凝集を防止するためには銅合金粉にさらに小さな微粒子を焼結阻害剤として添加することが望ましい。そのような微粒子としてはアエロジル、カーボンブラック、ケッチェンブラックなどが挙げられる。微粒子の添加量は銅合金粉に対し、0.05重量%~2.0重量%であることが望ましい。より好ましくは、0.1重量%~1.0重量%である。
 図2は、複合粒子の製造方法の一例としてのヒートプロファイルを示す図である。図2中、斜線部分では、エチレンガス雰囲気下において処理を行っており、その他の部分については、窒素ガス雰囲気下で処理を行っている。図2に示す工程1-Aでは、300℃~400℃で銅合金粉をエチレンガスに接触させる(凝集防止工程)。工程1-Bでは窒素ガス(不活性ガス)雰囲気中で400℃~650℃に保持し銅合金粉内部及び銅合金粉表面にナノ触媒を析出させる(触媒析出工程)。工程1-Cではエチレンガス雰囲気中でナノ触媒から炭素材料が生成する(炭素材料生成工程)。
 工程1-Aにおいて、低温(300℃~400℃)で銅合金粉をエチレンガスに接触させることにより、工程1-Bの銅合金粉の凝集(高温で長時間、銅合金粉を置くことによる凝集)が防止できる。また、工程1-Aの前処理として、ナノサイズの粉体であるアエロジルを添加、混合、必要に応じて混練し、スペーサとして使用することによっても、銅合金粉の高温での凝集を防止することができる。なお、上記アエロジルの分散性は良好であり、添加によって導電性ペーストの導電性に影響を及ぼすこともない。
 凝集の改善方法としては、触媒析出工程(工程1-B)の後に粉体を分散(ジェットミル、ボールミル等)し、別途、次の工程で炭素生成工程(工程1-C)を行ってもよい。また、工程1-A~1-Cを経た後にボールミル等でフレーク状に加工し、別途、次の工程で炭素材料生成工程(図3に示す工程2-A)を行ってもよい。このように、CVD処理、フレーク化処理、再CVD処理の順に処理し、複合フレーク粒子を得ることもできる。
 なお、CVD処理(工程1-C)の前には、銅合金粉を、ナイタール液(硝酸3重量%/エタノール液)等により洗浄した後、さらに、エタノールを用い洗浄し、乾燥する前工程を設けることが望ましい。
 また、本発明においては、図4に示すように、工程1-A~1-Cの後に窒素ガス(不活性ガス)雰囲気中で熱処理工程(工程3-A)を設けることができる。上記工程3-Aを設けた場合、炭素材料の結晶性がより一層向上し、炭素材料の導電性をより一層高めることができる。また、炭素材料が付着したナノ触媒がさらに成長することによる銅合金粉の表面における触媒の高濃度化等のため、得られる複合粒子をバインダー樹脂と混練しペースト化した際の導電性をより一層高めることができる。
 不活性ガスとしては、特に限定されないが、窒素ガス、アルゴンガスを用いることが好ましい。
 上記熱処理工程(工程3-A)は、工程1-A~1-Cより高温で行うことが好ましい。より好ましくは、750℃~1050℃の範囲である。なお、上記工程3-Aは、工程1-A~1-Cとは別に行ってもよい。
 本発明において、導電性フィラーの平均粒子径は、特に限定されないが、例えば、0.5μm以上、50μm以下とすることができる。導電性フィラーの平均粒子径は、好ましくは1μm以上、好ましくは20μm以下である。また、導電性フィラーの平均粒子径は、1μm以上、5μm以下であってもよい。その場合においても、導電性に優れた導電層を形成することができる。
 本発明において、導電性フィラーは、フィラー本体と、被覆層とを有していてもよい。フィラー本体の表面の少なくとも一部は、被覆層により覆われている。フィラー本体の表面の一部が被覆層によって覆われていてもよいし、フィラー本体の表面の全部が被覆層によって覆われていてもよい。被複層は、活性水素含有基を有する樹脂と、活性水素含有基と反応可能な官能基を有する化合物とを含有していてもよい。
 上記のように、導電性フィラーを構成する被覆層が、活性水素含有基を有する樹脂と、活性水素含有基と反応可能な官能基を有する化合物とを含有している場合、導電性及び靭性の双方により一層優れた導電層を形成することができる。この理由については、以下のように説明することができる。
 被覆層において、活性水素含有基を有する樹脂と、活性水素含有基と反応可能な官能基を有する化合物とが共存している場合、導電性ペーストの乾燥硬化時には、両者が反応することとなる。両者が反応すると被覆層が収縮され、被覆層によりフィラー本体が覆われている部分と、覆われていない部分が生じることとなる。それによって、フィラー本体同士の接触を確保することができ、導電性のより一層の向上を図ることができる。
 さらに、被覆層により覆われている場合、靱性のより一層の向上を図ることもできる。従って、このような被覆層を有する導電性フィラーを含む導電性ペーストを塗布することにより、導電性及び靭性の双方により一層優れた導電層を形成することができる。
 このように、従来困難であった導電性フィラーの樹脂被覆を可能にすることもできる。特に、より一般的なアトマイズ法により得られた球状銅粉を用いた場合においても、導電性及び靱性により一層優れた導電層を形成することができる。
 また、導電性フィラー全体の分散性や靭性の改善の目的で、フィラー本体を表面処理した場合においても、導電性の低下等の不具合を改善することができる。
 なお、被複層が、活性水素含有基を有する樹脂と、活性水素含有基と反応可能な官能基を有する化合物とを含有するか否かは以下のようにして確認することができる。
 まず、導電性ペースト中から、導電性フィラーを導電性ペーストに使用している溶剤により希釈して遠心分離処理により分離し、真空乾燥等の加熱を避けた方法で溶剤を除き抽出する。なお、風乾により溶剤を除去してもよい。この際、導電性ペーストに使用されている溶剤は、通常、被覆層を完全に溶解するものではない。従って、時間をかけたり、混練力を加えたり、加熱等の処理をしたりしなれば、被覆層をフィラー本体の表面に残した状態で導電性フィラーを分離することができる。
 次に、抽出した導電性フィラーの表面分析を行うことにより、活性水素含有基を有する樹脂と、活性水素含有基と反応可能な官能基を有する化合物が含まれているか否かを確認する。表面分析は、例えば、FT―IRにより行うことができる。
 以下、フィラー本体及び被覆層についてより詳細に説明する。
 フィラー本体;
 フィラー本体としては、上述した導電性フィラーをそのまま用いることができる。具体的には、銀、銅又はニッケルなどの金属粒子やカーボンファイバーなどを用いることができる。また、フィラー本体は、周期表第8族~第10族に属する少なくとも1種の遷移金属を含む銅合金粉と、銅合金粉の表面の少なくとも一部を覆っている炭素材料とを含む、上述の複合粒子であることが好ましい。
 本発明において、フィラー本体の平均粒子径は、特に限定されないが、例えば、0.5μm以上、50μm以下とすることができる。フィラー本体の平均粒子径は、好ましくは1μm以上、好ましくは20μm以下である。また、フィラー本体の平均粒子径は、1μm以上、5μm以下であってもよい。その場合においても、導電性に優れた導電層を形成することができる。
 被覆層;
 被覆層を構成する樹脂としては、特に限定されないが、活性水素含有基を有する樹脂が挙げられる。この場合、導電層の強靭性をより一層高めることができる。
 活性水素含有基としては、水酸基、カルボキシル基、アミノ基、イミノ基及びチオール基からなる群から選ばれる少なくとも1種が挙げられる。なかでも、他の配合剤と室温で反応が進行し、保存安定性に配慮が必要である場合が少ない、水酸基が好ましい。
 活性水素含有基を有する樹脂としては、活性水素含有基を含有する限り特に限定されず、例えば、ポリビニルアセタール樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、活性水素含有基を含有する(メタ)アクリル系重合体、活性水素含有基を含有するポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン樹脂、及びエポキシ樹脂等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、複数を併用してもよい。なお、(メタ)アクリルとは、アクリル又はメタクリルのことをいう。
 水酸基を含有する樹脂としては、水酸基を含有する限り特に限定されず、例えば、ポリビニルアセタール樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、水酸基を含有する(メタ)アクリル系重合体、水酸基を含有するポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン樹脂、及びエポキシ樹脂などが挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、複数を併用してもよい。
 これらのうち、水酸基の反応性がより一層高く、吸湿等の弊害をより一層避けることができ、導電性フィラー表面の極性制御がより容易である観点から、ポリビニルアセタール樹脂が好ましい。具体的には、ポリビニルブチラール樹脂やポリビニルアセトアセタール樹脂が挙げられ、ポリビニルブチラール樹脂がより好ましい。
 活性水素含有基を有する樹脂の含有量としては、好ましくは導電性フィラー100重量%に対し0.1重量%~10重量%、より好ましくは導電性フィラー100重量%に対し0.5重量%~2重量%である。活性水素含有基を有する樹脂の含有量が少なすぎると、靱性が低下することがある。他方、活性水素含有基を有する樹脂の含有量が多すぎると、導電性を十分に高められないことがある。
 また、活性水素含有基を有する樹脂と、該活性水素含有基と反応可能な官能基を有する化合物とを混合して被覆してもよい。すなわち、活性水素含有基を有する樹脂と、活性水素含有基と反応可能な官能基を有する化合物とを含有していてもよい。
 また、活性水素含有基と反応可能な官能基としては、例えば、イソシアネート基、カルボキシル基、エポキシ基、エステル基、金属アルコキシ基等が挙げられる。活性水素含有基と反応可能な官能基を有する化合物としては、活性水素含有基と反応可能な官能基を有する限りにおいて特に限定されない。
 活性水素含有基と反応可能な官能基を有する化合物としては、例えば、ブロックイソシアネート、飽和(不飽和)脂肪酸及びその無水物、アルコキシシラン、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等が挙げられる。なかでも、ブロックイソシアネートが好ましい。この場合、低温においてもより反応性を高めることができ、しかも逆反応がより生じ難い。ブロックイソシアネートは、上述の活性水素含有基とのより高い反応性を有し、例えば、ウレタン結合を形成することができる。また、イソシアネート基そのままでは、混合時すぐに反応してしまうと、増粘や表面処理効果の変化など好ましくない場合が多い。従って、ブロックイソシアネートは、ブロック剤などにより保護して用いることが望ましい。ブロック剤は、多くの場合、熱により解離することによりイソシアネート基が再生し、反応するものであり、自動車、建築材料、家電製品などの塗料や、接着剤等に広く使用されている。ブロックイソシアネートに用いられている汎用的なブロック剤としては、アルコール系、フェノール系、ラクタム系、オキシム系のブロック剤などが挙げられる。
 活性水素含有基と反応可能な官能基を有する化合物による被覆量としては、好ましくは導電性フィラー100重量%に対し0.1重量%~10重量%、より好ましくは1重量%~5重量%である。
 活性水素含有基と反応可能な官能基を有する化合物の含有量が少なすぎると、靱性が低下することがある。他方、活性水素含有基と反応可能な官能基を有する化合物の含有量が多すぎると、導電性を十分に高められないことがある。
 (バインダー樹脂)
 バインダー樹脂は、一定の乾燥硬化収縮量を有するものであれば、特に限定されず、導電性ペーストのバインダー樹脂として用いられる従来公知の熱硬化性樹脂を使用できる。バインダー樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、シラノール基等脱水縮合基を有する化合物、エン反応を利用するポリイミド樹脂、又はポリエステル樹脂等を好適に用いることができる。
 なかでも、フェノール樹脂をより好適に用いることができる。フェノール樹脂としては、ノボラック型フェノール樹脂や、レゾール型フェノール樹脂を用いることができる。脱水縮合により硬化し収縮量がより一層確保し易い、レゾール型フェノール樹脂や、レゾール型フェノール樹脂を架橋剤とするエポキシ樹脂をさらに好適に用いることができる。これらは、単独で用いてもよく、複数を併用してもよい。また、収縮量の大きいシラノール基等脱水縮合基を有する化合物単独や、そのものを添加したポリイミド樹脂等も好適に用いることができる。
 (溶剤)
 本発明の導電性ペーストは、溶剤をさらに含んでいてもよい。溶剤は、バインダー樹脂の極性とともに、導電性フィラーの分散性に寄与するため、極性を考慮した選択が重要になる場合が多い。導電性フィラーは、その表面処理の方法にもよるが、例えば、炭素材料や、ポリビニルブチラール樹脂を含む被覆材で被覆した場合には、極性が低くなる。そのため、バインダー樹脂中の導電性フィラーの分散性を下げて、同乾燥硬化体の光線透過率を上げる観点から、SP値が22MPa1/2以上の溶剤であることが好ましい。溶剤のSP値が22MPa1/2より小さい溶剤である場合、導電性ペースト中に導電性フィラーがより一層均一に分散され、十分な導電性を発現できないことがある。
 溶剤のSP値は、文献情報から得ることができるほか、HansenやHoyの計算方法、Fedorsの推算法等により得ることができる。
 SP値が22MPa1/2以上の溶媒としては、トリエタノールアミン、エチレングリコール、ジメチルスルホキシド、エチレングリコールモノブチルエーテル、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メチルエーテル、エチレングリコールモノイソプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノフェニルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、1,2-ヘキサンジオール、トリエチレングリコール、ジエチレングリコール又は1,3-ブタンジオール、N、N-ジメチルアセトアミド、N、N-ジメチルホルムアミド、ホルムアミドなどの極性溶媒が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、複数を併用してもよい。
 (その他の添加剤)
 本発明に係る導電性ペーストにおいては、必要に応じてその他の添加剤を加えてもよい。添加剤としては、帯電防止剤、紫外線吸収剤、可塑剤、滑剤、フィラー、着色剤、耐候安定剤、潤滑剤、架橋剤、ブロッキング防止剤又は酸化防止剤などが挙げられる。
 (導電性ペーストの製造方法)
 本発明に係る導電性ペーストは、例えば、導電性フィラーとバインダー樹脂とを混合後、混練することにより得ることができる。混練には、ディゾルバーや、3本ロールミルを用いることができる。3本ロールミルを用いる場合、ロールのギャップを導電性フィラーの一次粒子径より大きくし混練することが望ましい。それによって、より一層均一な導電性ペーストを得ることができる。
 以下、本発明の具体的な実施例及び比較例を挙げることにより、本発明を明らかにする。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
 (実施例1)
 導電性フィラー;
 工程(A):複合金属粉の製造
 高圧水アトマイズ法により、銅と、コバルトとの重量比(銅/コバルト)が、99重量%/1重量%の合金である複合金属粉を製造し、風力分級機により平均粒子径3μmの複合金属粉に分級した。
 工程(B):複合金属粉の被覆処理
 工程(A)で得られた複合金属粉(フィラー本体)100重量部に対し、溶剤としてテトラヒドロフラン50重量部、被覆材としてオレイン酸(富士フイルム和光純薬社製、商品名「オレイン酸」)0.5重量部を添加し攪拌した後、室温で12時間、真空乾燥することにより溶剤を除去して、表面が被覆層により覆われている複合金属粉(導電性フィラー)を得た。
 バインダー樹脂及びその他添加剤;
 樹脂1として、レゾール系フェノール樹脂(群栄化学社製、商品名「PL-2211」)を用いた。添加剤としては、シラノール基含有化合物を用いた。また、溶剤としては、エチレングリコール及びジメチルスルホキシドを用いた。以下、バインダー樹脂、シラノール基含有化合物、及び溶剤を下記の表1に示す割合で混合したものをバインダー樹脂組成物とする。なお、シラノール基含有化合物は、以下のようにして製造した。
 まず、シランカップリング剤(信越化学社製、商品名「KBE403」)100重量部に、水40重量部を加え、室温で4日間攪拌することによりシラノール基含有化合物溶液(加水分解シランカップリング剤)を得た。初期では二相白濁分散液であったが、撹拌により透明均一相となることから、カップリング剤の加水分解(シラノール基の形成)を確認した。シラノール基含有化合物溶液の固形分量は、54重量%であった。この固形分量相当で、導電性フィラー100重量部に対し加水分解シランカップリング剤を下記の表1に示す添加量(具体的には1.7重量部)を加えた。
 光線透過率の測定;
 バインダー樹脂100重量部に対し、導電性フィラー20重量部(後述の導電性ぺーストの配合比とは異なる)を加えた混合物を塗工量が100g/mとなるようにスライドガラスに塗工後、170℃で30分間、乾燥硬化させた。得られた試験片の波長700nmにおける光線透過率を分光光度計(日立ハイテクノロジーズ社製、品番「U-3900」)で計測した。なお、光線透過率は、バインダー樹脂組成物のみを同様にして塗工し、乾燥硬化させたスライドガラスを基点として測定した。光線透過率の結果を下記の表1に示す。
 収縮率の測定;
 また、同じく上記バインダー樹脂組成物をポリイミドフィルム(宇部興産社製、商品名「ユーピレックス」)に乾燥固形分55g/m相当の塗工量で塗工し、塗工後、170℃及び30分の条件で乾燥硬化させて、生じた反り量から一次元方向の収縮率を求めた。具体的には、上述した下記式(1)を用いて収縮率α(%)を求めた。
 α=(1-(乾燥硬化後の第2の塗工膜表面の弧長)/(乾燥硬化後の第2の基材の弧長))×100…式(1)
 導電性ペーストの作製;
 次に、上記導電性フィラー100重量部に対し、下記の表1に示す割合でレゾール系フェノール樹脂、シラノール基含有化合物、溶剤としてのエチレングリコール4重量部及びジメチルスルホキシド4重量部を加え、3本ロール混練により、導電性ペーストを作製した。
 (実施例2)
 被覆材の材料として、オレイン酸の代わりに、ブロックイソシアネート(DIC社製、商品名「バーノックD-550」)2重量部、ポリビニルブチラール樹脂(積水化学工業社製、商品名「BM-S」)1.2重量部及びステアリン酸0.5重量部を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、光線透過率及び収縮率を測定し、さらには導電性ペーストを作製した。
 (実施例3)
 工程(C):複合金属粉の低温炭素付着工程から高温熱処理工程までの処理
 内径26mm及び長さ120mmの円筒状の石英セル中に、実施例1の工程(A)と同様にして得られた複合金属粉6gを投入した。これを内径32mm及び長さ700mmのロータリー円筒型石英管を用いたロータリーキルン内に配置し、図4に示すヒートプロファイルにより、複合金属粉上に炭素源としてエチレンを接触させた。それによって、複合金属粉表面にカーボンファイバーを1.5重量%付着させた。すなわち、図4の1-A工程において、エチレンガス雰囲気中で、昇温時間10分で室温~350℃まで昇温し、1-B工程で窒素ガス雰囲気に置換後475℃に昇温して30分に維持した。その後、1-C工程で475℃に維持して2分間エチレン雰囲気に置換した後、3-A工程で窒素ガス雰囲気に置換して925℃、30分保持した後、冷却した。なお、カーボンファイバーの付着量は、カーボンファイバーが付着した複合金属粉に対するカーボンファイバーの割合である。
 工程(D):複合金属粉の被覆処理
 上記カーボンファイバーが1.5重量%付着した複合金属粉(フィラー本体)100重量部に対し、溶剤としてテトラヒドロフラン50重量部、被覆材としてオレイン酸(富士フイルム和光純薬社製、商品名「オレイン酸」)0.5重量部を添加し攪拌した後、室温で12時間、真空乾燥することにより溶剤を除去して、表面が被覆層により覆われている複合金属粉(導電性フィラー)を得た。その他の点は、シラノール基含有化合物を用いなかったこと及び溶剤としてエチルカルビトール4重量部を用いたこと以外は実施例1と同様にして、光線透過率及び収縮率(但し、収縮率測定時の膜厚(塗工厚み)は65μm)を測定し、さらには導電性ペーストを作製した。
 (実施例4)
 被覆材として、オレイン酸の代わりに、ブロックイソシアネート(DIC社製、商品名「バーノックD-550」)3.2重量部、ポリビニルブチラール樹脂(積水化学工業社製、商品名「BM-S」)0.75重量部及びステアリン酸1重量部を用いたこと、並びにシラノール基含有化合物及び溶剤としてエチレングリコール及びジメチルスルホキシドを実施例1と同様にして用いたこと以外は、実施例3と同様にして、光線透過率及び収縮率(但し、収縮率測定時の膜厚(塗工厚み)は60μm)を測定し、さらには導電性ペーストを作製した。
 (実施例5)
 バインダー樹脂として、導電性フィラー100重量部に対し、固形分で、樹脂1であるレゾール系フェノール樹脂(群栄化学社製、商品名「PL-2211」)9.6重量部と、樹脂2であるビスフェノールA型エポキシ樹脂(国都化工有限公司社製、商品名「YD-127」)2.4重量部とを用いたこと、シラノール基含有化合物を用いなかったこと、及び溶剤としてエチルカルビトール4重量部を用いたこと以外は、実施例4と同様にして、光線透過率及び収縮率(但し、収縮率測定時の膜厚(塗工厚み)は50μm)を測定し、さらには導電性ペーストを作製した。
 (実施例6)
 被覆材として、オレイン酸の代わりに、デカヒドロナフタレン(富士フイルム和光純薬社製)を用いた。バインダー樹脂として、導電性フィラー100重量部に対し、固形分で、樹脂1である4,4’-(1-メチルエチリデン)ビス(2-アリルフェノール)(富士フイルム和光純薬社製)3.36重量部と、樹脂2である4,4’-ビスマレイミドジフェニルメタン(東京化成工業社製)6.72重量部とを用いた。シラノール基含有化合物を実施例1と同様にして用いた。また、溶剤として導電性フィラー100重量部に対し、フルフリルアルコール4重量部及びホルムアミド4重量部を用いた。その他の点は、実施例3と同様にして、光線透過率及び収縮率(但し、収縮率測定時の膜厚(塗工厚み)は43μm)を測定し、さらには導電性ペーストを作製した。
 (実施例7)
 被覆材として、オレイン酸の代わりに、デカヒドロナフタレン(富士フイルム和光純薬社製)を用いた。バインダー樹脂として、樹脂1であるシラノール基含有化合物を用いた。また、溶剤として導電性フィラー100重量部に対し、エチレングリコール4重量部及びトリエタノールアミン4重量部を用いた。その他の点は、実施例3と同様にして、光線透過率及び収縮率(但し、収縮率測定時の膜厚(塗工厚み)は50μm)を測定し、さらには導電性ペーストを作製した。なお、樹脂1であるシラノール基含有化合物は、以下のようにして製造した。
 まず、シランカップリング剤(信越化学社製、商品名「KBE403」)100重量部に、水100重量部を加え、室温で4日間攪拌することによりシラノール基含有化合物溶液(加水分解シランカップリング剤)を得た。次いで、オルトケイ酸テトラエチル(富士フイルム和光純薬社製)80重量部を加えさらに室温で2日間攪拌した。初期では二相白濁分散液であったが、撹拌により透明均一相となることから、カップリング剤の加水分解(シラノール基の形成)を確認した。上記加水分解物に、架橋促進剤として、ヘキサメチレンジアミン(富士フイルム和光純薬社製)を50重量部加えることで、シラノール基含有化合物溶液を得た。このシラノール基含有化合物溶液の固形分量は、46重量%であった。この固形分量相当で、導電性フィラー100重量部に対しシラノール基含有化合物溶液を8.68重量部加えた。
 (実施例8)
 被覆材を用いずに、表面が被覆層により覆われていない複合金属粉(導電性フィラー)を用いたこと以外は、実施例7と同様にして、光線透過率及び収縮率(但し、収縮率測定時の膜厚(塗工厚み)は50μm)を測定し、さらには導電性ペーストを作製した。
 (実施例9)
 ポリビニルブチラール樹脂の代わりにポリビニルアセトアセタール樹脂(積水化学工業社製、商品名「KS-5Z」)を用いたこと以外は、実施例4と同様にして、光線透過率及び収縮率(但し、収縮率測定時の膜厚(塗工厚み)は60μm)を測定し、さらには導電性ペーストを作製した。
 (比較例1)
 フィラー本体として銅粉(DOWAエレクトロニクス社製、電解銅粉、銅100重量%)を用い、オレイン酸の添加量を1重量部としたこと以外は、実施例1と同様にして、光線透過率及び収縮率を測定し、さらには導電性ペーストを作製した。
 (比較例2)
 実施例1における工程(A)で得られた複合金属粉をそのまま導電性フィラーとして用いたこと以外は、実施例1と同様にして、光線透過率及び収縮率を測定し、さらには導電性ペーストを作製した。
 (比較例3)
 カーボンファイバーが1.5重量%付着した複合金属粉をそのまま導電性フィラーとして用いたこと以外は、実施例4と同様にして、光線透過率及び収縮量を測定し、さらには導電性ペーストを作製した。
 (比較例4)
 バインダー樹脂として、導電性フィラー100重量部に対し、固形分で、樹脂1であるレゾール系フェノール樹脂(群栄化学社製、商品名「PL-2211」)2.4重量部と、樹脂2であるビスフェノールA型エポキシ樹脂(国都化工有限公司社製、商品名「YD-127」)9.6重量部とを用いたこと以外は、実施例5と同様にして、光線透過率及び収縮率(但し、収縮率測定時の膜厚(塗工厚み)は50μm)を測定し、さらには導電性ペーストを作製した。
 (比較例5)
 シラノール基含有化合物として以下のようにして製造した化合物を用いた。溶剤として導電性フィラー100重量部に対し、エチレングリコール8重量部を用いた。その他の点は、実施例7と同様にして、光線透過率及び収縮率(但し、収縮率測定時の膜厚(塗工厚み)は62μm)を測定し、さらには導電性ペーストを作製した。なお、シラノール基含有化合物は、以下のようにして製造した。
 まず、シランカップリング剤(信越化学社製、商品名「KBE403」)100重量部に、水100重量部を加え、室温で4日間攪拌することによりシラノール基含有化合物溶液(加水分解シランカップリング剤)を得た。初期では二相白濁分散液であったが、撹拌により透明均一相となることから、カップリング剤の加水分解(シラノール基の形成)を確認した。シラノール基含有化合物溶液の固形分量は、54重量%であった。この固形分量相当で、導電性フィラー100重量部に対しシラノール基含有化合物溶液を8.68重量部加えた。
 (比較例6)
 被覆材として、ブロックイソシアネート及びステアリン酸を用いず、ポリビニルブチラール樹脂0.75重量部のみを用いたこと以外は実施例4と同様にして、光線透過率及び収縮率(但し、収縮率測定時の膜厚(塗工厚み)は60μm)を測定し、さらには導電性ペーストを作製した。
 (比較例7)
 被覆材として、ポリビニルブチラール樹脂を用いず、ブロックイソシアネート3.2重量部及びステアリン酸1重量部のみを用いたこと以外は、実施例4と同様にして、光線透過率及び収縮率(但し、収縮率測定時の膜厚(塗工厚み)は60μm)を測定し、さらには導電性ペーストを作製した。
 <評価>
 収縮率;
 図5は、実施例1~9及び比較例1~7で得られた第2の塗工膜の膜厚(塗工厚み)と収縮率との関係を示すグラフである。なお、図5中式Aは、α=(5t+50)×10-3を示している。なお、収縮率測定時の膜厚は、基材を除く塗工膜の膜厚であるものとする。
 図5に示すように、実施例1~9及び比較例1~3,6,7は、α≧(5t+50)×10-3…式(2)を満たしていた。一方、比較例4,5では、α<(5t+50)×10-3であった。なお、第2の塗工膜の膜厚をtμmとし、収縮率をα%とするものとする。
 導電層の破断伸び率(導電層破断伸び率);
 実施例2,4,5,9及び比較例2,6,7で得られた導電性ペーストを、JIS K6251に定める1号ダンベル形状に打ち抜いたポリイミドフィルム(宇部興産社製、商品名「ユーピレックス」)上に塗工した。しかる後、温度170℃及び30分の条件で乾燥を行うことにより、導電性ペースト中のバインダー樹脂を架橋させた。それによって、ダンベル形状に打ち抜いたポリイミドフィルム上に、厚さ50μmの導電層を得た。得られたダンベル形状の試験片について、試験速度1mm/分の条件で、引張試験(オリエンテック社製、品番「テンシロンUTA-5000」)を行った。最も低歪みの破断点は、ポリイミドフィルムの破断点よりかなり低い歪みで発生するので、この歪みを導電層の破断点における破断歪みとした。なお、このときの初期長さLと破断後長さLの変化率を導電層破断伸び率δとして、導電層破断伸び率δを百分率(%)で、δ(%)=((L-L)/L)×100により求め、表1~表3に示した。
 比抵抗;
 実施例1~9及び比較例1~7で得られた導電性ペーストをスクリーン印刷塗工し、しかる後、温度170℃及び30分の条件で乾燥を行った。それによって、導電性ペースト中のバインダー樹脂を架橋させて、スライドガラス上に、幅1mm、長さ50mm及び厚み50μmの導電層を得た。得られた導電層の両端間抵抗値から、導電層の比抵抗を求めた。
 結果を下記の表1~表3に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
1…第1の塗工膜
2…バインダー樹脂
3…導電性フィラー

Claims (13)

  1.  導電性フィラーと、バインダー樹脂とを含み、
     前記バインダー樹脂100重量部と、前記導電性フィラー20重量部とを含む第1のペーストを第1の基材上に100g/mの塗工量で塗工し、前記バインダー樹脂を乾燥硬化させることにより第1の塗工膜を作製したときに、該第1の塗工膜の光線透過率が20%以上であり、
     前記バインダー樹脂を含み、前記導電性フィラーを含まない第2のペーストを第2の基材上に乾燥固形分55g/m相当の塗工量で塗工し、前記バインダー樹脂を乾燥硬化させることにより第2の塗工膜を作製したときに、該第2の塗工膜の膜厚tμmと、下記式(1)により求められる収縮率α%が下記式(2)の関係を満たしている、導電性ペースト。
     α=(1-(乾燥硬化後の第2の塗工膜表面の弧長)/(乾燥硬化後の第2の基材の弧長))×100…式(1)
     α≧(5t+50)×10-3…式(2)
  2.  前記導電性フィラーの平均粒子径が、1μm以上、5μm以下である、請求項1に記載の導電性ペースト。
  3.  前記導電性フィラーが、周期表第8族~第10族に属する少なくとも1種の遷移金属を含む銅合金粉と、該銅合金粉の表面の少なくとも一部を覆っている炭素材料とを含む複合粒子である、請求項1又は2に記載の導電性ペースト。
  4.  前記遷移金属が、コバルトである、請求項3に記載の導電性ペースト。
  5.  前記炭素材料が、カーボンファイバーである、請求項3又は4に記載の導電性ペースト。
  6.  前記導電性フィラーが、フィラー本体と、該フィラー本体の表面の少なくとも一部を覆っている被覆層とを有し、
     前記被複層が、活性水素含有基を有する樹脂と、前記活性水素含有基と反応可能な官能基を有する化合物とを含有する、請求項1又は2に記載の導電性ペースト。
  7.  前記活性水素含有基が、水酸基、カルボキシル基、アミノ基、イミノ基及びチオール基からなる群から選択された少なくとも1種である、請求項6に記載の導電性ペースト。
  8.  前記活性水素含有基を有する樹脂が、ポリビニルアセタール樹脂である、請求項6又は7に記載の導電性ペースト。
  9.  前記活性水素含有基と反応可能な官能基を有する化合物が、ブロックイソシアネートである、請求項6~8のいずれか1項に記載の導電性ペースト。
  10.  前記フィラー本体の平均粒子径が、1μm以上、5μm以下である、請求項6~9のいずれか1項に記載の導電性ペースト。
  11.  前記フィラー本体が、周期表第8族~第10族に属する少なくとも1種の遷移金属を含む銅合金粉と、該銅合金粉の表面の少なくとも一部を覆っている炭素材料とを含む複合粒子である、請求項6~10のいずれか1項に記載の導電性ペースト。
  12.  前記遷移金属が、コバルトである、請求項11に記載の導電性ペースト。
  13.  前記炭素材料が、カーボンファイバーである、請求項11又は12に記載の導電性ペースト。
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