WO2019022230A1 - 酸化銅インク及びこれを用いた導電性基板の製造方法、塗膜を含む製品及びこれを用いた製品の製造方法、導電性パターン付製品の製造方法、並びに、導電性パターン付製品 - Google Patents

酸化銅インク及びこれを用いた導電性基板の製造方法、塗膜を含む製品及びこれを用いた製品の製造方法、導電性パターン付製品の製造方法、並びに、導電性パターン付製品 Download PDF

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徹 湯本
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    • H05K3/12Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern using thick film techniques, e.g. printing techniques to apply the conductive material or similar techniques for applying conductive paste or ink patterns

Definitions

  • the present invention relates to a copper oxide ink, a method of manufacturing a conductive substrate using the same, a product including a coating, a method of manufacturing a product using the same, a method of manufacturing a conductive pattern-containing product, and a conductive pattern-containing product About.
  • the circuit board has a structure in which conductive wiring is provided on the board.
  • the method of manufacturing the circuit board is generally as follows. First, a photoresist is applied on a substrate to which metal foils are bonded. The photoresist is then exposed and developed to obtain the desired negative pattern of the circuit pattern. Next, the metal foil not covered with the photoresist is removed by chemical etching to form a pattern. Thus, a high performance circuit board can be manufactured.
  • the conventional method has many steps and is complicated, and has disadvantages such as requiring a photoresist material.
  • PE Print Electronics
  • Dispersions include metal inks and metal pastes.
  • the metal ink is a dispersion in which metal ultrafine particles having an average particle diameter of several to several tens of nanometers are dispersed in a dispersion medium. After the metal ink is applied to a substrate and dried, when it is heat-treated, it is sintered at a temperature lower than the melting point of the metal due to the melting point drop unique to metal ultrafine particles, and a conductive metal film (hereinafter also referred to as a conductive film) Can be formed.
  • the metal film obtained using the metal ink has a thin film thickness and is close to a metal foil.
  • the metal paste is a dispersion obtained by dispersing metal particles of micrometer size and a binder resin in a dispersion medium. Because of the large size of the microparticles, they are usually supplied at a fairly high viscosity to prevent settling. Therefore, it is suitable for application by screen printing or dispenser suitable for high viscosity materials.
  • the metal paste has a feature that it can form a thick metal film because the size of the metal particles is large.
  • ITO indium tin oxide
  • a copper oxide ultrafine particle is used as a precursor, and in a suitable atmosphere, energy such as heat or actinic ray is used to reduce the copper oxide to copper to form a copper thin film Has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
  • Patent Document 2 proposes a copper oxide dispersion which exhibits excellent stability with time and can form a conductive film having a fine pattern shape.
  • the metal thin film obtained by the PE method using the metal ink and the metal paste is required to have not only a low resistivity but also a small change with time.
  • silver paste it is known that silver is susceptible to oxidation in the atmosphere and is oxidized to increase resistivity, so that the resistivity between silver particles is deteriorated with time.
  • the dispersion has high dispersion stability with respect to temporal change.
  • the present invention has been made in view of the foregoing points, and is a copper oxide ink capable of forming a conductive film having high dispersion stability as ink, excellent storage stability, and low resistance on a substrate, and a conductive substrate using the same. It is an object of the present invention to provide a method for producing a film, a product comprising a coating and a method for producing a product using the same, a method for producing a conductive patterned product, and a conductive patterned product.
  • the copper oxide ink according to one aspect of the present invention contains copper oxide, a dispersant, and a reducing agent, the content of the reducing agent is in the range of the following formula (1), and the content of the dispersing agent is as follows: It is characterized by being in the range of Formula (2). 0.00010 ⁇ (mass of reducing agent / mass of copper oxide) ⁇ 0.10 (1) 0.0050 ⁇ (mass of dispersant / mass of copper oxide) ⁇ 0.30 (2)
  • the copper oxide ink according to one aspect of the present invention contains cuprous oxide, a dispersant, and a reducing agent, and the dispersant has an acid value of 20 or more and 130 or less, and is a phosphorus-containing organic substance,
  • the content of the dispersant is in the range of the following formula (1)
  • the reducing agent contains at least one selected from hydrazine and hydrazine hydrate
  • the content of the reducing agent is in the range of the following formula (2) It is characterized by being. 0.00010 ⁇ (mass of reducing agent / mass of copper oxide) ⁇ 0.10 (1) 0.0050 ⁇ (mass of dispersant / mass of copper oxide) ⁇ 0.30 (2)
  • a product containing the coating film of one embodiment of the present invention contains copper oxide, a dispersant, and a reducing agent, the content of the reducing agent is in the range of the following formula (1), and the content of the dispersing agent Is a range of the following formula (2).
  • a product containing the coating film of one embodiment of the present invention contains cuprous oxide, a dispersant, and a reducing agent, and the dispersant has an acid value of 20 or more and 130 or less, and is a phosphorus-containing organic substance.
  • the content of the dispersant is in the range of the following formula (1)
  • the reducing agent contains at least one selected from hydrazine and hydrazine hydrate
  • the content of the reducing agent is the following formula (2) It is characterized by being in the range of 0.00010 ⁇ (mass of reducing agent / mass of copper oxide) ⁇ 0.10 (1) 0.0050 ⁇ (mass of dispersant / mass of copper oxide) ⁇ 0.30 (2)
  • the method for producing a conductive substrate according to one aspect of the present invention is characterized by using the above-described copper oxide ink and performing a firing process on a pattern formed on the substrate by generating plasma in an atmosphere containing a reducing gas. Do.
  • the method for producing a conductive substrate according to an aspect of the invention includes the steps of forming a coating on the substrate using the above-described copper oxide ink, and irradiating the coating with a laser beam. Do.
  • the method for producing a conductive substrate according to one aspect of the present invention includes the steps of: forming a coating on the substrate using the copper oxide ink described above; and irradiating the coating with xenon light. I assume.
  • the method for producing a product according to one aspect of the present invention uses a product containing the above-mentioned coating film, and generates a plasma in an atmosphere containing a reducing gas to perform baking treatment on the product to obtain a conductive pattern. It features.
  • the method for producing a product according to one aspect of the invention is characterized by including the step of irradiating the product with a laser beam to obtain a conductive pattern, using a product containing the above-mentioned coating film.
  • the method for producing a product according to one aspect of the invention is characterized by including the step of irradiating the product with xenon light to obtain a conductive pattern, using a product containing the above-mentioned coating film.
  • a conductive pattern-added product comprises a substrate, a first copper oxide-containing layer formed on the surface of the substrate, and a conductive layer formed on the surface of the first copper oxide-containing layer.
  • the conductive layer is a wiring having a line width of 1.0 ⁇ m or more and 1000 ⁇ m or less, and the wiring contains reduced copper.
  • a conductive pattern-added product comprises a substrate, a first copper oxide-containing layer formed on the surface of the substrate, and a conductive layer formed on the surface of the first copper oxide-containing layer.
  • the conductive layer is a wire having a line width of 1.0 ⁇ m or more and 1000 ⁇ m or less, and the wire includes reduced copper, copper and tin.
  • the product with a conductive pattern comprises a substrate and a conductive pattern formed on the surface of the substrate, and the conductive pattern is a wire having a line width of 1.0 ⁇ m or more and 1000 ⁇ m or less.
  • the wiring contains reduced copper, phosphorus and voids.
  • the product with a conductive pattern comprises a substrate and a conductive pattern formed on the surface of the substrate, and the conductive pattern is a wire having a line width of 1.0 ⁇ m or more and 1000 ⁇ m or less.
  • the wiring is characterized by containing reduced copper, copper and tin.
  • the product with a conductive pattern comprises a substrate and a conductive pattern formed on the surface of the substrate, and the conductive pattern is a wire having a line width of 1.0 ⁇ m or more and 1000 ⁇ m or less.
  • the wiring includes reduced copper, copper oxide and phosphorus, and a resin is disposed so as to cover the wiring.
  • a conductive film having high dispersion stability, excellent storage stability, and low resistance on a substrate can be formed as an ink.
  • FIG. 6A is a photograph of the conductive substrate on which the solder layer according to the present embodiment is formed.
  • FIG. 6B is a schematic view of FIG. 6A.
  • ⁇ Overview of the copper oxide ink of the present embodiment> By using a copper oxide ink with high dispersion stability and excellent storage stability, handling in the atmosphere can be facilitated, and control of particle size, concentration, viscosity and solvent, and various printing methods are possible. Application, and further, firing on a general-purpose resin substrate can be performed.
  • a dispersant is included to prevent aggregation of the nanoparticles.
  • the reducing agent is also contained in a small amount.
  • a predetermined amount of reducing agent is included.
  • reducing agents such as hydrazine
  • a reducing agent such as hydrazine also contributes to the storage stability of the copper oxide ink, and the present invention has been completed.
  • FIG. 1 is a schematic view showing the relationship between copper oxide and a phosphate ester salt according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the conductive substrate according to the present embodiment.
  • the copper oxide ink of the present embodiment is characterized in that the dispersion medium contains (1) copper oxide, (2) a dispersant, and (3) a reducing agent.
  • the inclusion of the reducing agent in the copper oxide ink promotes the reduction of copper oxide to copper in the firing and promotes the sintering of copper.
  • the “copper oxide ink” is an ink or paste in which copper oxide is dispersed in a dispersion medium.
  • the copper oxide ink can also be referred to as a dispersion.
  • the "reducing agent” is one having a reducing action on copper oxide and promotes reduction to copper.
  • the reducing agent is selected as a substance having a stronger reducing action than the dispersing agent and the dispersing medium.
  • the "dispersion medium” functions as a solvent.
  • the “dispersion medium” corresponds to two or more of the dispersant, the reducing agent, and the dispersion medium, or in any case, it is defined as a dispersion medium in the present embodiment. Ru.
  • the “dispersing agent” contributes to the dispersion in the dispersion medium so that the copper oxides do not aggregate each other.
  • the content of the reducing agent satisfies the range of the following formula (1). 0.00010 ⁇ (mass of reducing agent / mass of copper oxide) ⁇ 0.10 (1)
  • the storage stability can be further improved by setting the reducing agent content to the above formula (1).
  • the storage stability of a copper oxide ink improves that it is 0.10 or less.
  • content of a dispersing agent satisfy
  • it is 0.050 or more and 0.30 or less, more preferably 0.10 or more and 0.30 or less, still more preferably 0.20 or more and 0.30 or less, and still more preferably 0.20 or more and 0 .25 or less.
  • the acid value of a dispersing agent is 20 or more and 130 or less. This improves the dispersion stability of the copper oxide ink. If it is in this range, the average particle diameter of copper oxide can be 3.0 nm or more and 50 nm or less.
  • the acid value of the dispersant is more preferably 25 or more and 120 or less, still more preferably 36 or more and 110 or less, and still more preferably 36 or more and 101 or less.
  • the dispersion stability is effectively improved.
  • baking treatment can be performed using plasma, light, or laser light, an organic substance in copper oxide is decomposed, baking of copper oxide is promoted, and a conductive film with low resistance can be formed. Therefore, it is possible to provide various copper wirings such as a wiring for flowing electricity, heat radiation, an electromagnetic wave shield, a circuit, and the like.
  • copper oxide has antibacterial and antifungal properties.
  • the particle diameter of the copper oxide in the above-described range, low-temperature firing can be performed, and copper produced by reduction can be easily sintered.
  • the baking treatment can be performed using plasma, light, or laser light, the organic substance in the copper oxide is decomposed, the baking of the copper oxide is promoted, and a conductive film having low resistance can be formed, and the dispersion stability is achieved. Improve.
  • copper oxide is cuprous oxide. Thereby, the reduction of copper oxide is facilitated, and the copper produced by the reduction can be easily sintered.
  • the copper oxide ink of the present embodiment includes the following configuration.
  • A Containing cuprous oxide, a dispersant, and a reducing agent.
  • the dispersant has an acid value of 20 or more and 130 or less, is a phosphorus-containing organic substance, and the content of the dispersant is within the range of the following formula (2).
  • C The reducing agent contains at least one selected from hydrazine and hydrazine hydrate, and the content of the reducing agent is in the range of the following formula (1). 0.00010 ⁇ (mass of reducing agent / mass of copper oxide) ⁇ 0.10 (1) 0.0050 ⁇ (mass of dispersant / mass of copper oxide) ⁇ 0.30 (2)
  • dispersion stability improves because a dispersing agent is a phosphorus containing organic substance.
  • the copper oxide ink of the present embodiment it is preferable that the copper oxide further contains a dispersing medium, a dispersing agent, a reducing agent, and a dispersing agent.
  • the dispersion medium preferably has the following configuration.
  • the dispersion medium is a monoalcohol having 7 or less carbon atoms, and the content of the dispersion medium in the copper oxide ink is 30% by mass or more and 95% by mass or less.
  • This configuration enables low temperature firing.
  • the baking treatment can be performed using plasma, light, or laser light, the organic substance in the copper oxide is decomposed, the baking of the copper oxide is promoted, and a conductive film having low resistance can be formed, and the dispersion stability is achieved. Improve.
  • a phosphate ester salt 3 which is an example of a phosphorus-containing organic substance as a dispersing agent is inside phosphorus 3a.
  • it surrounds the ester salt 3b outward. Since phosphoric acid ester salt 3 exhibits electrical insulation, electrical conduction between adjacent copper oxides 2 is hindered.
  • the phosphate ester salt 3 suppresses aggregation of the copper oxide ink 1 by the steric hindrance effect.
  • the copper oxide 2 is a semiconductor, is conductive, and is covered with the phosphate ester salt 3 exhibiting electrical insulation, the copper oxide ink 1 exhibits electrical insulation, and the cross-sectional view (FIG. 2)
  • the insulation between conductive pattern regions (described later) adjacent to both sides of the copper oxide ink 1 can be secured in the cross section along the vertical direction shown).
  • the conductive pattern area is irradiated with light to a partial area of the coating layer containing copper oxide and a phosphorus-containing organic substance to reduce copper oxide to copper in the partial area. Copper in which copper oxide is reduced in this manner is called reduced copper. Moreover, in the said some area
  • conductive pattern region a region having excellent electrical conductivity
  • the phosphorus element In the conductive pattern area, the phosphorus element remains in the reduced copper.
  • the phosphorus element is present as at least one of a phosphorus element alone, a phosphorus oxide, and a phosphorus-containing organic substance.
  • the remaining phosphorus element is segregated and present in the conductive pattern area, and there is no possibility that the resistance of the conductive pattern area will be increased.
  • copper oxide is used as one of the metal oxide components.
  • cuprous oxide Cu 2 O
  • metal oxides it is easy to reduce, and it is easy to sinter by using fine particles, and it is also inexpensive in terms of cost, so it is inexpensive compared to noble metals such as silver, etc. against migration. It is because it is advantageous.
  • the preferable range of the average particle diameter of the copper oxide particles is 3.0 nm or more and 50 nm or less, more preferably 5.0 nm or more and 40 nm or less, and further preferably 10 nm or more and 29 nm or less.
  • the average particle size is 50 nm or less, low temperature baking is possible, and the versatility of the substrate is expanded. In addition, it is preferable because the fine pattern tends to be easily formed on the substrate.
  • it is used for a copper oxide ink as it is 3.0 nm or more, since dispersion stability is good and the long-term storage stability of a copper oxide ink improves, it is preferable. In addition, uniform thin films can be produced.
  • the average particle size is a particle size when dispersed in a copper oxide ink, and is a value measured by the cumulant method using FPAR-1000 manufactured by Otsuka Electronics. That is, the particle diameter is not limited to the primary particle diameter, and may be the secondary particle diameter.
  • the polydispersity is preferably in the range of 0.10 or more and 0.40 or less, and more preferably 0.20 or more and 0.30 or less. Within this range, the film forming property is good and the dispersion stability is also high.
  • cuprous oxide a commercially available product may be used or may be synthesized and used.
  • Commercially available products include those having an average primary particle diameter of 5 to 50 nm manufactured by Rare Metals Research Institute Co., Ltd. The following methods may be mentioned as synthetic methods.
  • (1) Add water and a copper acetylacetonato complex in a polyol solvent, heat and dissolve the organic copper compound once, then add water necessary for the reaction, add temperature, and then raise the temperature to reduce the reduction temperature of organic copper Method of heating and reducing by heating.
  • a method of reducing a copper salt dissolved in an aqueous solution with hydrazine is preferable because the operation is simple and a cuprous oxide having a small average particle size can be obtained.
  • the reducing agent content in the copper oxide ink can be controlled, and the storage stability of the copper oxide ink can be further improved.
  • the synthesis solution and cuprous oxide are separated, and a known method such as centrifugation may be used.
  • the obtained cuprous oxide is dispersed by stirring with a known method such as a homogenizer, etc. by adding a dispersant and a dispersion medium described later.
  • a dispersant such as hydrazine contained in the obtained cuprous oxide due to oxygen or water.
  • the dispersion having copper oxide thus obtained may be mixed with copper particles or the like by the method described later, and the copper oxide ink of the present embodiment can be obtained. This copper oxide ink is used for printing and application.
  • the dispersion medium is preferably a monoalcohol having 7 or less carbon atoms.
  • the content of the dispersion medium in the copper oxide ink is preferably 30% by mass or more and 95% by mass or less. This enables low temperature firing.
  • the baking treatment can be performed using plasma, light, or laser light, the organic substance in the copper oxide is decomposed, the baking of the copper oxide is promoted, and a conductive film having low resistance can be formed, and the dispersion stability is achieved. Improve.
  • the dispersant in this case enhances the dispersibility of copper oxide in the copper ink.
  • phosphorus containing organic substance is mentioned, for example.
  • the phosphorus-containing organic substance may be adsorbed to copper oxide, and in this case, aggregation is suppressed by the steric hindrance effect.
  • the phosphorus-containing organic substance is a material that exhibits electrical insulation in the insulating region.
  • the phosphorus-containing organic substance may be a single molecule or a mixture of multiple types of molecules.
  • the number average molecular weight of the dispersant is not particularly limited, but is preferably, for example, 300 to 300,000. When it is 300 or more, the insulation property is excellent, the dispersion stability of the obtained copper oxide ink tends to increase, and when it is 300,000 or less, it is easy to be fired.
  • a phosphoric acid ester of a high molecular weight copolymer having a group having an affinity to copper oxide is preferable.
  • the structure of the chemical formula (1) is preferable because it adsorbs to copper oxide, particularly cuprous oxide, and also has excellent adhesion to a substrate.
  • the following compounds can be used as a phosphorus containing organic compound. Phosphines, phosphine oxides, phosphonates, phosphites, phosphates and the like can be used.
  • l is an integer of 1 to 20, preferably an integer of 1 to 15, more preferably an integer of 1 to 10
  • m is an integer of 1 to 20, preferably an integer of 1 to 15,
  • n is an integer of 1 to 20, preferably an integer of 1 to 15, and more preferably an integer of 1 to 10.
  • the dispersant the following known ones can be used in addition to those described above, for example, salts of long-chain polyaminoamide and polar acid ester, unsaturated polycarboxylic acid polyaminoamide, polyaminoamide polycarboxylate, long Examples include polymers having a basic group such as chain polyaminoamide and a salt of an acid polymer. Other examples include alkyl ammonium salts, amine salts and amidoamine salts of polymers such as acrylic polymers, acrylic copolymers, modified polyester acids, polyether ester acids, polyether carboxylic acids and polycarboxylic acids. As such a dispersing agent, those commercially available can also be used.
  • Examples of the commercially available products include DISPERBYK (registered trademark) -101, DISPERBYK-102, DISPERBYK-110, DISPERBYK-111, DISPERBYK-112, DISPERBYK-118, DISPERBYK-130, DISPERBYK-130, DISPERBYK-140, DISPERBYK-142, DISPERBYK- 145, DISPERBYK-160, DISPERBYK-161, DISPERBYK-162, DISPERBYK-163, DISPERBYK-2155, DISPERBYK-2163, DISPERBYK-2164, DISPERBYK-180, DISPERBYK-2000, DISPERBYK-2000, DISPERBYK-2025, DISPERBYK-2163, DISPERBYK-21 4, BYK- 9076, BYK- 9077, TERRA-204, TERRA-U (abo
  • the phosphorus-containing organic substance is easily decomposed or evaporated by light or heat.
  • the residue of the organic substance hardly remains after baking, and a conductive pattern region with low resistivity can be obtained.
  • the decomposition temperature of the phosphorus-containing organic substance is not limited, but is preferably 600 ° C. or less, more preferably 400 ° C. or less, and still more preferably 200 ° C. or less.
  • the boiling point of the phosphorus-containing organic substance is not limited, but is preferably 300 ° C. or less, more preferably 200 ° C. or less, and still more preferably 150 ° C. or less.
  • the absorption characteristic of the phosphorus-containing organic substance is not limited, it is preferable that it can absorb light used for firing.
  • a phosphorus-containing organic substance that absorbs light having an emission wavelength of, for example, 355 nm, 405 nm, 445 nm, 450 nm, 532 nm, 1056 nm.
  • the wavelengths are 355 nm, 405 nm, 445 nm, 450 nm, 532 nm.
  • the required amount of dispersant is proportional to the amount of copper oxide and adjusted in consideration of the required dispersion stability.
  • the mass ratio (dispersant mass / copper oxide mass) of the dispersant contained in the copper oxide ink of the present embodiment is not less than 0.0050 and not more than 0.30, preferably not less than 0.050 and not more than 0.30. More preferably, they are 0.10 or more and 0.30 or less, more preferably 0.20 or more and 0.30 or less, and still more preferably 0.20 or more and 0.25 or less.
  • the amount of the dispersant affects the dispersion stability, and a smaller amount tends to cause aggregation, and a larger amount tends to improve the dispersion stability.
  • the content of the dispersant in the copper oxide ink of the present embodiment is 35 mass% or less, in the conductive film obtained by firing, the influence of the residue derived from the dispersant can be suppressed, and the conductivity can be improved.
  • the acid value (mg KOH / g) of the dispersant is preferably 20 or more and 130 or less.
  • the acid value of the dispersant is more preferably 25 or more and 120 or less, still more preferably 36 or more and 110 or less, and still more preferably 36 or more and 101 or less.
  • the dispersion stability is excellent, which is preferable. It is particularly effective in the case of copper oxide having a small average particle size.
  • "DISPERBYK-102" (acid number 101), "DISPERBYK-140” (acid number 73), “DISPERBYK-142” (acid number 46), “DISPERBYK-145" (acid number) manufactured by BIC CHEMICAL CO., LTD. 76), "DISPERBYK-118" (acid number 36), “DISPERBYK-180 (acid number 94), and the like.
  • the difference between the amine value (mg KOH / g) of the dispersant and the acid value (amine value-acid value) is preferably -50 or more and 0 or less.
  • the amine value indicates the total amount of free base and base
  • the acid number indicates the total amount of free fatty acid and fatty acid.
  • the amine value and the acid value are measured by the method according to JIS K 7700 or ASTM D 2074. If it is -50 or more and 0 or less, it is preferable because the dispersion stability is excellent. More preferably, it is ⁇ 40 or more and 0 or less, and still more preferably ⁇ 20 or more and 0 or less.
  • the amine value and the acid value of the dispersant contained in the copper oxide ink can be measured by the following method.
  • the components of the copper oxide ink are separated by liquid chromatography or the like, and the amine value and the acid value can be measured by the above-mentioned method.
  • the reducing agent of the present invention reduces copper oxide to copper. This copper is called reduced copper.
  • reducing agent hydrazine, hydrazine hydrate, hydrazine derivative, sodium, carbon, potassium iodide, oxalic acid, iron (II) sulfide, sodium thiosulfate, ascorbic acid, tin (II) chloride, hydrogenated diisobutylaluminum, Formic acid, sodium hydride borate, sulfite and the like can be mentioned. From these materials, it is preferable to include at least one. Thereby, the storage stability of copper oxide is improved, and the reduction is promoted, whereby the resistance of the conductive film is reduced.
  • the hydrazine derivatives include hydrazine salts, alkyl hydrazines, pyrazoles, triazoles, hydrazides and the like.
  • Hydrazine salts include hydrazine monohydrochloride, hydrazine dihydrochloride, hydrazine monohydrobromide, hydrazine carbonate, etc.
  • Pyrazoles include 3,5-dimethylpyrazole, 3-methyl-5-pyrazolone, etc.
  • hydrazides include adipic acid dihydrazide, sebacic acid dihydrazide, dodecanediohydrazide, isophthalic acid dihydrazide, isophthalic acid dihydrazide, propionic acid hydrazide, salicylic acid hydrazide, 3-hydroxy-2-naphthoic acid hydrazide, benzophenone hydrazone and the like.
  • the reducing agent is most preferably hydrazine or hydrazine hydrate. Further, by using hydrazine or hydrazine hydrate, the storage stability of copper oxide is improved, and the reduction is promoted, whereby the resistance of the conductive film is lowered.
  • hydrazine hydrate may be used as a raw material, and it may be detected as hydrazine in a copper oxide ink as a resultant.
  • the form of hydrazine contained in the raw material and the copper oxide ink as a resultant product or the coating film using the copper oxide ink may be different. The same applies to the case where a reducing agent other than hydrazine is used.
  • the necessary amount of reducing agent is proportional to the amount of copper oxide and adjusted in consideration of the required reducibility.
  • the mass ratio (reducing agent mass / copper oxide mass) of the reducing agent contained in the copper oxide ink of the present embodiment is preferably 0.00010 to 0.10, more preferably 0.0010 to 0.050, More preferably, it is 0.0010 or more and 0.030 or less, more preferably 0.0020 or more and 0.030 or less, and still more preferably 0.0040 or more and 0.030 or less.
  • the mass ratio of the reducing agent is 0.00010 or more, the storage stability is improved, and the reduction further progresses to reduce the resistance of the copper film.
  • the storage stability can be further improved by setting the reducing agent content to the above formula (1).
  • the long-term stability of a copper oxide ink improves that it is 0.10 or less.
  • the copper oxide ink contains a reducing agent such as hydrazine.
  • the reducing agent is added to the copper oxide ink in the range of the above-mentioned formula (1) by adjusting the time and temperature conditions as described later, for example, in combination with an inert atmosphere such as a nitrogen atmosphere.
  • Reductant can be included.
  • the copper oxide ink of the present embodiment may contain a dispersion medium (solvent) in addition to the above-described components.
  • the dispersion medium used in the present embodiment is selected from those which can dissolve the dispersant from the viewpoint of dispersion.
  • the volatility of the dispersion medium affects the workability, so it is suitable for the method of forming a conductive pattern, for example, a printing or coating method. It needs to be. Therefore, the dispersion medium may be selected from the following solvents in accordance with the dispersibility and the workability of printing and coating.
  • the following solvents can be mentioned as specific examples of the dispersion medium.
  • Alcohol, glycol, glycol ether, and glycol esters solvents can be used as the dispersion medium other than those specifically described in these. These may be used alone or in combination of two or more, and are selected in consideration of the evaporation property and the solvent resistance of the printing equipment and the substrate to be printed according to the printing method.
  • water or a monoalcohol having 10 or less carbon atoms is more preferable, and more preferably 7 or less carbon atoms.
  • monoalcohols having 7 or less carbon atoms ethanol, n-propanol, i-propanol, n-butanol, i-butanol, sec-butanol and t-butanol are particularly preferable since dispersibility, volatility and viscosity are particularly suitable. .
  • These monoalcohols may be used alone or in combination of two or more.
  • the carbon number of the monoalcohol is preferably 7 or less in order to suppress the decrease in the dispersibility of copper oxide and also to disperse more stably due to the interaction with the dispersant. Further, when the number of carbon atoms is 7 or less, the resistance value is preferably lowered.
  • the boiling point affects the workability of the copper oxide ink. If the boiling point is too low, the volatilization is fast, and the workability deteriorates due to the increase of defects due to the precipitation of solids and the increase of the frequency of cleaning.
  • the boiling point is 40 ° C. or more
  • the inkjet method, the screen method, the offset method is 120 ° C. or more, more preferably 150 ° C. or more, more preferably 200 ° C. or more. 300 degrees C or less is preferable from a viewpoint of.
  • the content of the dispersion medium is preferably 30% by mass or more and 95% by mass or less, more preferably 40% by mass or more and 95% by mass or less, and further preferably 50% by mass or more and 90% by mass or less Preferably, 50% by weight or more and 70% by weight or less is the most preferable.
  • the copper oxide ink has a characteristic part in containing a predetermined amount of a reducing agent such as hydrazine.
  • a reducing agent such as hydrazine.
  • the first method is a method of adding a reducing agent to copper oxide.
  • This is a method of adding a reducing agent to a mixture (dispersion) of a composition such as copper oxide, a dispersing agent, and optionally a dispersion medium.
  • the reducing agent may be added simultaneously with each element, or may be one of the elements added in order.
  • it is preferable to add a reducing agent. For example, when concentration and dilution with a UF membrane module are repeated between (d) in FIG. 3 and (e) in FIG. 3 to be described later, the solvent is replaced, and a dispersion containing copper oxide fine particles is obtained.
  • the reducing agent can be added to the dispersion to adjust the reducing agent content.
  • the second method is a method in which a reducing agent, which is added for reduction of copper acetate when copper oxide is produced from copper acetate as described above, is also used in the ink. At this time, it is preferable to control by reaction temperature and reaction time. Usually, when copper oxide is produced from copper acetate, depending on the reaction temperature and reaction time, the reducing agent is consumed. In addition, when the reducing agent remains, it is positively removed by repeating concentration dilution. On the other hand, in this method, the reducing agent content is controlled by appropriately selecting the reaction temperature and the reaction time, and the concentration and dilution using a solvent are not performed, and the unreacted reducing agent is used as it is in the ink It is.
  • hydrazine is very unstable, so it is preferable to carry out the reaction system from copper acetate to copper under an inert atmosphere such as nitrogen, and also to carry out stirring in a nitrogen atmosphere. The procedure is described in detail below.
  • the present embodiment is characterized in that a reducing agent such as hydrazine is used as a reactant for particle synthesis, and the reducing agent is left after reaction.
  • a reducing agent such as hydrazine is added to a solution in which copper acetate is dissolved, for example, for a first period of time under a nitrogen atmosphere, and stirred for a second period of time under a nitrogen atmosphere.
  • cuprous oxide It is preferable to adjust to a predetermined temperature during the first time and the second time. Thereafter, the supernatant liquid and the precipitate containing cuprous oxide are separated by centrifugation etc., and a dispersant etc. is added to the obtained precipitate, and dispersed using a homogenizer under a nitrogen atmosphere, and copper oxide ink is obtained obtain.
  • the first time for charging the above-mentioned reducing agent is preferably about 5.0 minutes to 60 minutes.
  • the temperature for the first time is preferably ⁇ 10 ° C. to 10 ° C.
  • the second time for stirring be about 30 minutes to about 120 minutes.
  • the predetermined temperature at the time of stirring is preferably 10 ° C to 40 ° C.
  • the temperature can be changed halfway by using an external temperature controller or the like.
  • the dispersion treatment method is preferably a homogenizer, but is not limited to a homogenizer, and may be, for example, an ultrasonic wave, a ball mill, a bead mill, or a mixer.
  • the dispersion when a dispersion containing copper oxide, a dispersant, a reducing agent, and the like is stirred and dispersed by a known method such as a homogenizer, the dispersion is performed under an inert atmosphere such as a nitrogen atmosphere.
  • the inert atmosphere is preferably a nitrogen atmosphere, but may be an argon atmosphere or a helium atmosphere other than the nitrogen atmosphere.
  • the inert gas may be stirred and dispersed in an atmosphere containing a plurality of such inert gases.
  • a reducing agent such as hydrazine may be added, for example, when adding the dispersing agent to the obtained precipitate as described above, or after obtaining a copper oxide ink It is. Thereby, the reducing agent content can be adjusted with high accuracy. At this time, the cuprous oxide contained in the copper oxide ink may be the precipitate or a commercially available product.
  • reducing agents such as a hydrazine of Formula (1) described above, can be included.
  • hydrazine, a hydrazine derivative or hydrazine hydrate be used as the reducing agent.
  • These hydrazines may also contain other reducing agents.
  • the reducing agent content of the formula (1) is contained by adjusting according to the adjusting method of the reducing agent mentioned above. Can.
  • the surrogate method makes it possible to quantify the reducing agent.
  • benzaldehyde is reacted with a reducing agent such as hydrazine, derivatized, and quantified by gas chromatography.
  • a reducing agent such as hydrazine
  • reducing agents such as hydrazine may be decomposed by oxygen in the atmosphere during the quantitative operation, making it difficult to quantify the reducing agents. Therefore, in the pretreatment of quantification, the inventors ionized copper oxide with an acid to eliminate the inhibition factor of quantification.
  • it has become possible to quantify the reductant, which was difficult to quantify by using a surrogate substance to correct the dispersion of decomposition of the reductant such as hydrazine during the quantification operation.
  • a dispersion containing cuprous oxide and copper particles is prepared by mixing the above-described copper oxide dispersion with copper fine particles, if necessary, a dispersion medium at a predetermined ratio, for example, a mixer method,
  • the dispersion can be adjusted by using a sonication method, a three-roll method, a two-roll method, an attritor, a homogenizer, a Banbury mixer, a paint shaker, a kneader, a ball mill, a sand mill, a revolution mixer, or the like.
  • the dispersion medium may be the same as or different from that added at the time of preparation of the copper oxide dispersion described above.
  • an organic binder an antioxidant, a reducing agent, metal particles, and a metal oxide may be added, and as impurities, a metal, a metal oxide, a metal salt, and a metal complex may be included.
  • wire-like, dendritic, and scaly copper particles have a large crack preventing effect, they may be added singly or in combination with a plurality of copper particles such as spheres, dices and polyhedrons or other metals. It may be coated with metal or another conductive metal such as silver.
  • metal particles other than copper and having a wire-like, dendritic or scaly shape When one or more of metal particles other than copper and having a wire-like, dendritic or scaly shape is added, it has the same crack preventing effect as copper particles having similar shapes, and therefore copper particles having similar shapes may be used. It may be used in place of parts or in addition to copper particles of similar shape, but it is necessary to consider migration, particle strength, resistance value, copper corrosion, formation of intermetallic compounds, cost and the like.
  • metal particles other than copper include gold, silver, tin, zinc, nickel, platinum, bismuth, indium and antimony.
  • cuprous oxide can be used by replacing or adding silver oxide, cupric oxide and the like.
  • metal particles it is necessary to consider migration, particle strength, resistance value, copper corrosion, formation of intermetallic compounds, cost and the like.
  • the addition of these metal particles and metal oxide particles can be used to adjust the sintering of the conductive film, the resistance, the strength of the conductor, the absorbance during light baking, and the like. Even when these metal particles and metal oxide particles are added, cracks are sufficiently suppressed by the presence of wire-like, dendritic and scaly copper particles.
  • These metal particles and metal oxide particles may be used alone or in combination of two or more kinds, and there is no limitation on the shape. For example, silver and silver oxide are expected to have effects such as a decrease in resistance and a decrease in firing temperature.
  • silver is a noble metal, and from the viewpoint of cost increase and crack prevention, the addition amount of silver is preferably in a range not exceeding the wire-like, dendritic and scaly copper particles.
  • tin is advantageous in that it is inexpensive and has a low melting point and thus is easy to sinter.
  • the resistance tends to increase, and from the viewpoint of preventing cracks, the addition amount of tin is preferably in the range not exceeding the wire-like, dendritic, scaly copper particles and cuprous oxide.
  • Cupric oxide works as a light absorber and a heat ray absorber in a method using light such as a flash lamp or a laser or infrared rays.
  • cupric oxide is more difficult to reduce than cuprous oxide, and from the viewpoint of preventing peeling from the substrate due to a large amount of gas generation during reduction, the amount of cupric oxide added is smaller than that of cuprous oxide Is preferred.
  • the crack preventing effect and the temporal stability improving effect of resistance It is exhibited.
  • metal other than copper and copper particles other than wire, dendritic, scaly, and metal oxides other than copper oxide it is preferable to be less than wire, dendritic, scaly copper particles and copper oxide Is preferred.
  • the present inventors have developed a product including a coating film using the above-described copper oxide ink. That is, the component which comprises a copper oxide ink is contained as a component of a coating film. Therefore, the coating film has the following constitution.
  • the coating film contains a reducing agent such as hydrazine together with copper oxide and a dispersing agent.
  • a reducing agent such as hydrazine together with copper oxide and a dispersing agent.
  • the mass ratio (reducing agent mass / copper oxide mass) of the reducing agent is 0.00010 or more and 0.10 or less.
  • the mass ratio of the dispersant (dispersant mass / copper oxide mass) is not less than 0.0050 and not more than 0.30.
  • the presence of a reducing agent such as hydrazine in the coating film contributes to the reduction of copper oxide in baking, and a copper film with lower resistance can be produced.
  • the mass ratio (reducing agent mass / copper oxide mass) of the reducing agent described in the above (F) is more preferably 0.0010 or more and 0.050 or less, more preferably 0.0010 or more and 0.030 or less, and still more preferably It is 0.0020 or more and 0.030 or less, and more preferably 0.0040 or more and 0.030 or less.
  • the mass ratio of the reducing agent is 0.00010 or more, the storage stability is improved and the reduction proceeds, so the resistance of the conductive film obtained by firing the coating film is reduced. Moreover, the stability of the resistance as a conductive film improves that it is 0.10 or less.
  • the mass ratio of the dispersant described in the above (G) is more preferably 0.050 or more and 0.30 or less, and still more preferably 0.10 or more and 0.30 or less. Still more preferably 0.20 or more and 0.30 or less, and still more preferably 0.20 or more and 0.25 or less.
  • the amount of the dispersant affects the dispersion stability, and a smaller amount tends to cause aggregation, and a larger amount tends to improve the dispersion stability.
  • the dispersibility of copper oxide in a coating film can be improved.
  • the content of the dispersant in the coating film of the present embodiment is 35% by mass or less, in the conductive film obtained by firing, the influence of the residue derived from the dispersant can be suppressed, and the conductivity can be improved.
  • the acid value (mg KOH / g) of the dispersant is preferably 20 or more and 130 or less, more preferably 25 or more and 120 or less, still more preferably 36 or more and 110 or less, and still more preferably 36 or more and 101 or less. Within this range, the dispersion stability is excellent, which is preferable. It is particularly effective in the case of copper oxide having a small average particle size.
  • the dispersant specifically, “DISPERBYK-102” (acid number 101), “DISPERBYK-140” (acid number 73), “DISPERBYK-142” (acid number 46), “DISPERBYK-” manufactured by BIC CHEMICAL CO., LTD. 145 "(acid number 76)," DISPERBYK-118 "(acid number 36),” DISPERBYK-180 (acid number 94) and the like.
  • the average particle diameter of the fine particles containing cuprous oxide in the coating film is 3.0 nm or more and 50 nm or less, more preferably 5.0 nm or more and 40 nm or less, and most preferably 10 nm or more and 29 nm or less.
  • An average particle diameter of 50 nm or less is preferable because it tends to easily form a fine pattern on a substrate. If the average particle diameter is 3.0 nm or more, the stability of the resistance as a coating film can be improved.
  • reducing agent in the coating
  • reducing agent hydrazine, hydrazine hydrate, hydrazine derivative, sodium, carbon, potassium iodide, oxalic acid, iron (II) sulfide, sodium thiosulfate, ascorbic acid, tin (II) chloride, hydrogenated diisobutylaluminum, Formic acid, sodium hydride borate, sulfite and the like
  • the hydrazine derivatives include hydrazine salts, alkyl hydrazines, pyrazoles, triazoles, hydrazides and the like.
  • Hydrazine salts include hydrazine monohydrochloride, hydrazine dihydrochloride, hydrazine monohydrobromide, hydrazine carbonate, etc.
  • Pyrazoles include 3,5-dimethylpyrazole, 3-methyl-5-pyrazolone, etc.
  • hydrazides include adipic acid dihydrazide, sebacic acid dihydrazide, dodecanediohydrazide, isophthalic acid dihydrazide, isophthalic acid dihydrazide, propionic acid hydrazide, salicylic acid hydrazide, 3-hydroxy-2-naphthoic acid hydrazide, benzophenone hydrazone and the like.
  • the reducing agent is most preferably hydrazine or hydrazine hydrate.
  • the storage stability of the copper oxide ink can be maintained, and the reduction can proceed, so that the resistance of the conductive film can be lowered as a result.
  • the coating film of the present embodiment can be produced on various materials such as a film substrate, a glass substrate, a molded product, and processed products. Another resin layer may be overlaid on the present membrane.
  • the product containing the coating film of this Embodiment contains the following structures.
  • the dispersant has an acid value of 20 or more and 130 or less, is a phosphorus-containing organic substance, and the content of the dispersant is within the range of the following formula (1):
  • the reducing agent contains at least one selected from hydrazine and hydrazine hydrate, and the content of the reducing agent is in the range of the following formula (2). 0.00010 ⁇ (mass of reducing agent / mass of copper oxide) ⁇ 0.10 (1) 0.0050 ⁇ (mass of dispersant / mass of copper oxide) ⁇ 0.30 (2)
  • the product containing the coating film of the present embodiment it is preferable to further contain a dispersion medium, cuprous oxide, a dispersant, a reducing agent, and the like.
  • the dispersion medium preferably has the following configuration.
  • the dispersion medium is a monoalcohol having 7 or less carbon atoms, and the content of the dispersion medium in the copper oxide ink is 30% by mass or more and 95% by mass or less.
  • This configuration enables low temperature baking of the coating.
  • the baking treatment can be performed using plasma, light, or laser light, the organic substance in the copper oxide is decomposed, the baking of the copper oxide is promoted, and a conductive film having low resistance can be formed, and the dispersion stability is achieved. Improve.
  • the present inventors have conducted to develop a conductive substrate having excellent conductivity by using the above-described copper oxide ink. That is, the conductive substrate can be obtained by baking the pattern or the coating film formed using the copper oxide ink of the present embodiment.
  • a conductive substrate shown in FIG. 2A can be obtained by forming a coating on the substrate with the above-described copper oxide ink and baking the copper oxide particles of the copper oxide ink by laser irradiation.
  • the conductive substrate of FIG. 2B can be obtained.
  • the conductive substrate 10 is reduced by baking the insulating region 12 containing copper oxide and a phosphorus-containing organic substance on the surface constituted by the substrate 11 and the substrate 11, and the copper oxide in a sectional view.
  • the conductive pattern area 13 containing reduced copper may have a layer 14 disposed adjacent to each other.
  • Conductive pattern region 13 constitutes a copper wiring.
  • the conductive pattern area 13 contains a phosphorus element derived from a phosphorus-containing organic substance as a dispersant. Since the conductive pattern area 13 is formed by firing a copper oxide ink as a dispersion, a conductive pattern area 13 obtained by decomposition of an organic substance such as an organic binder contained in the copper oxide ink in the step of firing is obtained.
  • the insulating region 12 preferably contains copper oxide, a phosphorus-containing organic substance as a dispersant, and hydrazine as a reducing agent, or hydrazine hydrate.
  • the conductive substrate 10 may have a substrate 11 and a conductive pattern region 13 containing reduced copper on the surface of the substrate 11 in a cross sectional view.
  • Conductive pattern region 13 constitutes a copper wiring.
  • the conductive pattern area 13 preferably contains a phosphorus element.
  • the organic matter such as the organic binder contained in the copper oxide ink is effectively decomposed in the step of firing the copper oxide ink, the wettability of the solder is effectively effective in the conductive pattern area 13. Become high. Therefore, a solder layer can be more easily formed on the surface of the conductive pattern area 13.
  • the conductive pattern region 13 may partially contain, for example, cuprous oxide as copper oxide particles that are not reduced in the firing step.
  • the conductive pattern area 13 may contain copper particles of a copper oxide ink as well as reduced copper, and may contain tin.
  • the insulating region 12 and the conductive pattern region 13 may contain a void. By the presence of a void (air gap) in the conductive pattern area 13, the solder enters therein, and the adhesion between the conductive pattern area 13 and the solder layer is improved. By the way, solder means metal containing tin.
  • the electrical conductivity, the particle state (fired and unfired), and the like gradually change along the surface of the substrate.
  • a boundary may exist between the insulating region 12 and the conductive pattern region 13.
  • cuprous oxide as copper oxide particles not reduced in the step of baking is contained in the surface of the substrate 11;
  • the copper-containing layer 17 may be formed.
  • a conductive layer 18 containing reduced copper obtained by reducing copper oxide particles is formed.
  • the adhesion between the substrate 11 and the conductive layer 18 is improved by forming the first copper oxide-containing layer 17, which is preferable.
  • the layer thickness of the cuprous oxide-containing layer 17 is preferably 0.0050 ⁇ m or more and 8.0 ⁇ m or less, more preferably 0.050 ⁇ m or more and 5.0 ⁇ m or less from the viewpoint of the adhesion between the substrate 11 and the conductive layer 18
  • 0.10 ⁇ m or more and 3.0 ⁇ m or less are further more preferable, and 0.20 ⁇ m or more and 1.0 ⁇ m or less are particularly preferable.
  • the conductive layer 18 may contain copper particles (Cu 3 P 4 ) of a copper oxide ink together with reduced copper (Cu) obtained by reducing copper oxide particles.
  • the conductive layer 18 may also contain a void.
  • the presence of voids in the conductive layer 18 causes tin (Sn) contained in the solder to enter the voids. Thereby, the adhesion between the conductive layer 18 and the solder layer is improved.
  • the presence of reduced copper (Cu) around copper (Cu 3 P 4 ) further increases the adhesion between the conductive layer 18 and tin (Sn).
  • the particle diameter of reduced copper (Cu) at this time is preferably 5 to 20 nm.
  • the grain size of copper contained in conductive pattern region 13 and conductive layer 18 is preferably 0.10 ⁇ m to 100 ⁇ m, more preferably 0.50 ⁇ m to 50 ⁇ m, and 1.0 ⁇ m to 10 ⁇ m. Particularly preferred.
  • the grain size refers to the size of the metal after firing.
  • the surface roughness (arithmetic average roughness Ra) of the surfaces of the conductive pattern area 13 and the conductive layer 18 is preferably 20 nm to 500 nm, more preferably 50 nm to 300 nm, and still more preferably 50 nm to 200 nm.
  • the solder layer easily adheres to the conductive pattern area 13 and the conductive layer 18, and the adhesion between the conductive pattern area 13 and the conductive layer 18 and the solder layer becomes high.
  • the resin layer is formed to overlap the conductive pattern area 13 and the conductive layer 18, a part of the resin layer intrudes into the concavo-convex portion on the surface of the conductive pattern area 13 and the conductive layer 18, and adhesion is achieved. Can be improved.
  • a wire having a line width of 0.10 ⁇ m or more and 1.0 cm or less can be drawn, and can be used as a copper wire or an antenna. It is more preferable that the line width of the conductive pattern area 13 or the conductive layer 18 be 0.50 ⁇ m or more and 10000 ⁇ m or less, taking advantage of the characteristics of the nanoparticles of copper oxide particles contained in the above-described copper oxide ink.
  • the line width is 5.0 ⁇ m or less, the conductive pattern area 13 or the conductive layer 18 as a wiring can not be visually recognized, which is preferable from the viewpoint of design.
  • the conductive pattern may be formed in a mesh shape.
  • the mesh shape is a grid-like wiring, which is preferable because the transmittance is high and it becomes transparent.
  • the substrate used in the present embodiment has a surface on which a coating of copper oxide ink is to be formed, and may have a plate shape or may be a three-dimensional object.
  • the conductive pattern can also be formed on a surface including a curved surface, a step, or the like formed by a three-dimensional object.
  • the substrate in the present embodiment means a substrate material of a circuit board sheet for forming a wiring pattern, a casing material of a casing with a wire, or the like.
  • a light transmissive resin layer (not shown) may be provided to cover the layer 14 or the conductive pattern area 13.
  • the resin layer can prevent the coating film from being exposed to oxygen at the time of light irradiation and can promote reduction of copper oxide in the method for producing the conductive substrate 10 described later. This eliminates the need for equipment for making the periphery of the coating film an oxygen-free or low-oxygen atmosphere at the time of light irradiation, for example, a vacuum atmosphere or an inert gas atmosphere, thereby reducing manufacturing costs.
  • the resin layer can prevent the conductive pattern area 13 from peeling or scattering due to heat or the like of light irradiation. Thereby, the conductive substrate 10 can be manufactured with high yield.
  • the conductive substrate formed as shown in FIG. 2C and FIG. 2D can be used as a product with a conductive pattern.
  • the conductive patterned product comprises a substrate, a copper oxide-containing layer formed on the surface of the substrate, and a conductive layer formed on the surface of the copper-oxide-containing layer, the conductive layer comprising
  • the wiring has a line width of 1.0 ⁇ m to 1000 ⁇ m, and the wiring contains reduced copper.
  • the cuprous oxide containing layer is a layer having a copper / oxygen ratio Cu / O of 0.5 or more and 3.0 or less.
  • the Cu / O in the cuprous oxide-containing layer can be quantified by analyzing the cross section of the conductive patterned product by EDX method.
  • the product with a conductive pattern includes a substrate, a cuprous oxide-containing layer formed on the surface of the substrate, and a conductive layer formed on the surface of the cuprous oxide-containing layer, and is conductive.
  • the layer is a wire having a line width of 1.0 ⁇ m or more and 1000 ⁇ m or less, and the wire is characterized by containing reduced copper (including copper in some cases) and tin.
  • the product with a conductive pattern comprises a substrate and a conductive pattern formed on the surface of the substrate, and the conductive pattern is a wiring with a line width of 1.0 ⁇ m or more and 1000 ⁇ m or less, and reduced copper, phosphorus and voids. It is characterized by including. With this configuration, it is possible to form a wire of a good shape on a substrate of a desired shape as described later.
  • the product with a conductive pattern comprises a substrate and a conductive pattern formed on the surface of the substrate, the conductive pattern is a wire with a line width of 1.0 ⁇ m or more and 1000 ⁇ m or less, and the wire is reduced copper, copper And tin.
  • the wiring can be used as an antenna. With this configuration, an antenna with a good shape can be formed.
  • a solder layer be formed on a part of the surface of the conductive layer or the conductive pattern.
  • the conductive pattern is formed by firing the copper oxide of the above-described dispersion, so that organic matter such as an organic binder is decomposed in the firing step. For this reason, in the conductive pattern, the wettability of the solder is high, and the solder layer can be easily formed. Therefore, compared to the conductive pattern formed without using the above-mentioned dispersion, electrons in the conductive pattern are obtained. Easy to solder parts.
  • the product with a conductive pattern comprises a substrate and a conductive pattern formed on the surface of the substrate, and the conductive pattern is a wiring with a line width of 1.0 ⁇ m or more and 1000 ⁇ m or less, and reduced copper, oxidized It is characterized in that it contains copper and phosphorus and a resin is disposed so as to cover the wiring.
  • a coating method using a copper oxide ink will be described.
  • the coating method is not particularly limited, and printing methods such as screen printing, intaglio direct printing, intaglio offset printing, flexographic printing, reverse printing, offset printing, a dispenser drawing method, a spray method, and the like can be used.
  • methods such as die coating, spin coating, slit coating, bar coating, knife coating, spray coating, dip coating and the like can be used.
  • the substrate used in the present embodiment is not particularly limited, and is made of an inorganic material or an organic material.
  • the inorganic material examples include glass such as soda lime glass, non-alkali glass, borosilicate glass, quartz glass, and ceramic materials such as alumina.
  • Examples of the organic material include polymer materials and paper.
  • a resin film can be used as the polymer material, and polyimide (PI), polyethylene terephthalate (PET), polyether sulfone (PES), polyethylene naphthalate (PEN), polyester, polycarbonate (PC), polyvinyl alcohol (PVA) ), Polyvinyl butyral (PVB), polyacetal (POM), polyarylate (PAR), polyamide (PA), polyamide imide (PAI), polyether imide (PEI), polyphenylene ether (PPE), modified polyphenylene ether (m-PPE) ), Polyphenylene sulfide (PPS), polyether ketone (PEK), polyphthalamide (PPA), polyether nitrile (PEN), polybenzimidazole (PBI), polycarbodiimide, , Polysiloxane, polymethacrylamide, nitrile rubber, acrylic rubber, polyethylene tetrafluoride, epoxy resin, phenol resin, melamine
  • the thickness of the substrate can be, for example, 1 ⁇ m to 10 mm, preferably 25 ⁇ m to 250 ⁇ m. It is preferable that the thickness of the substrate is 250 ⁇ m or less because the manufactured electronic device can be reduced in weight, space, and flexibility.
  • the paper examples include high-quality paper made of general pulp, medium-grade paper, coated paper, cardboard, cardboard, etc., and paper made of cellulose nanofibers as a raw material.
  • paper it is possible to use one in which a polymer material is dissolved, or one in which a sol-gel material or the like is impregnated and cured.
  • these materials may be laminated and used.
  • substrate in this Embodiment means the board
  • the method for producing a conductive film according to the present embodiment copper oxide in the coating film is reduced to form copper, which is fused itself, and when copper particles are added to the copper oxide ink, the copper particles are mixed with the copper particles.
  • the conductive film (copper film) is formed by fusion bonding and integration. This process is called firing. Therefore, the method is not particularly limited as long as it is a method capable of forming a conductive film by reduction and fusion of copper oxide and integration with copper particles. Firing in the method for manufacturing a conductive film of this embodiment may be performed, for example, in a baking furnace, or may be performed using plasma, infrared light, a flash lamp, a laser, or the like alone or in combination. After firing, it is possible to form a solder layer described later on a part of the conductive film.
  • the coating film can be subjected to a baking treatment to form a conductive pattern on the substrate.
  • the coating liquid can be formed directly on the substrate in a desired pattern, the productivity can be improved as compared with the conventional method using a photoresist.
  • a method of manufacturing a conductive substrate in the case of using laser irradiation for firing according to the present embodiment will be described more specifically with reference to FIG.
  • copper acetate is dissolved in a mixed solvent of water and propylene glycol (PG), and hydrazine is added and stirred.
  • PG propylene glycol
  • a copper oxide ink (dispersion) is applied onto a substrate made of, for example, PET (described as “PET” in FIG. 3 (f)) by a spray coating method, and oxidized.
  • PET described as “PET” in FIG. 3 (f)
  • a coated layer (coated film) containing copper and a phosphorus-containing organic substance (described as “Cu 2 O” in FIG. 3F) is formed.
  • the conductive pattern region may contain, for example, cuprous oxide as copper oxide particles that are not reduced in the firing step.
  • the insulating region and the conductive pattern region may contain copper particles of a copper oxide ink, and may contain tin.
  • the insulating region and the conductive pattern region may contain a void.
  • the firing by laser irradiation firing of the copper particles of the copper oxide ink and formation of the conductive pattern region can be performed at one time.
  • the organic particles such as the organic binder contained in the copper oxide ink are decomposed by the baking of the copper particles, the wettability of the solder becomes high in the obtained conductive pattern.
  • the insulating region can contain copper oxide, a phosphorus-containing organic substance as a dispersant, and hydrazine or a hydrazine hydrate as a reducing agent.
  • a copper oxide ink (dispersion) is printed in a desired pattern by, for example, inkjet printing on a substrate made of, for example, PET, and coated with a copper oxide and a phosphorus-containing organic substance.
  • a layer (denoted as “Cu 2 O” in FIG. 3 (i)) is formed.
  • FIG. 5 shows a method of manufacturing a conductive substrate in the case of using laser irradiation for firing.
  • the steps (a) to (h) in FIG. 5 are the same as in FIG.
  • the insulating area is further cleaned.
  • the form by which copper wiring (it describes as "C” in FIG. 5 (K)) was pattern-formed on a support body can be obtained.
  • the copper wiring C is the same layer as the conductive pattern area B.
  • sealing can be performed with a resin layer (denoted as “D” in FIG. 5 (l)).
  • the resin layer D can be formed so as to cover at least the copper wiring C as the conductive pattern area B.
  • the resin layer secures long-term stability.
  • the resin layer is a sealing material layer, and it is preferable to make the moisture permeability sufficiently low. It is for preventing the mixing of the water from the exterior of a sealing material layer, and suppressing the oxidation of copper wiring.
  • the moisture permeability of the encapsulant layer is preferably 1.0 g / m 2 / day or less, more preferably 0.5 g / m 2 / day or less, and still more preferably 0.1 g / m 2 / day. It is below.
  • Polypropylene polyimide (PI), polyethylene terephthalate (PET), polyether sulfone (PES), polyethylene naphthalate (PEN), polyester, polycarbonate (PC), polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl butyral (PVB), Polyacetal (POM), polyarylate (PAR), polyamide (PA), polyamide imide (PAI), polyether imide (PEI), polyphenylene ether (PPE), modified polyphenylene ether (m-PPE), polyphenylene sulfide (PPS), Polyether ketone (PEK), polyphthalamide (PPA), polyether nitrile (PENt), polybenzimidazole (PBI), polycarbodiimide, polysiloxane, poly Tacrylamide, nitrile rubber, acrylic rubber, polyethylene tetrafluoride, epoxy resin, phenol resin, melamine resin, urea resin
  • moisture permeability can be lowered by mixing fine particles of silicon oxide or aluminum oxide with the above material, or providing a layer of silicon oxide or aluminum oxide as a moisture barrier layer on the surface of these materials.
  • water or an alcohol such as ethanol, propanol, butanol, isopropyl alcohol, methanol, ethylene glycol or glycerol, or an organic solvent such as ketones, esters or ethers can be used.
  • water, ethanol, propanol, butanol and isopropyl alcohol are preferred in view of the cleaning performance of the insulating region.
  • the configuration in which the copper wiring is covered with the resin layer is also applicable to FIG.
  • a plasma is generated in an atmosphere containing a reducing gas and a baking process is performed on a pattern formed on the substrate.
  • This configuration enables low temperature firing.
  • the organic substance in the copper oxide is effectively decomposed, the baking of the copper oxide is further promoted, and a conductive substrate provided with a conductive film with lower resistance can be manufactured.
  • the method of manufacturing a conductive substrate includes the steps of forming a coating film on a substrate using a copper oxide ink, and irradiating the coating film with a laser beam.
  • baking by laser irradiation, baking of copper particles of the copper oxide ink and formation of a conductive pattern can be performed at one time.
  • the wavelength of light can be selected, the absorption wavelengths of light from the copper oxide ink and the substrate can be taken into consideration.
  • the baking time can be shortened, the organic substance in copper oxide can be effectively decomposed while suppressing damage to the substrate, and a conductive substrate provided with a conductive film with low resistance can be manufactured.
  • the method for producing a conductive substrate includes the steps of forming a coating on a substrate using a copper oxide ink, and irradiating the coating with xenon light. According to this configuration, since the firing time can be shortened, the organic substance in copper oxide can be effectively decomposed while suppressing damage to the substrate, and a conductive substrate provided with a conductive film with low resistance can be manufactured.
  • the method of firing treatment is not particularly limited as long as a conductive film exhibiting the effects of the present invention can be formed, but specific examples include a method using an incinerator, a plasma firing method, an optical firing method, etc. .
  • a coating film is formed with a copper oxide ink as a dispersion, and laser irradiation of a coating film can perform baking and patterning of copper particles at once.
  • a conductive pattern can be obtained by printing a desired pattern with a copper oxide ink and baking it.
  • the adhesion between the conductive pattern and the substrate is preferably improved because a part of the first copper oxide is not reduced and remains on the contact surface with the substrate.
  • the non-oxidizing atmosphere is an atmosphere which does not contain an oxidizing gas such as oxygen, and is an atmosphere filled with an inert gas such as nitrogen, argon, helium, or neon.
  • the reducing atmosphere refers to an atmosphere in which a reducing gas such as hydrogen and carbon monoxide is present, but may be mixed with an inert gas.
  • the coating film of the copper oxide ink may be fired while filling these gases in a firing furnace and flowing the gas continuously or in a closed system. The firing may be performed in a pressurized atmosphere or a reduced pressure atmosphere.
  • the plasma method of this embodiment can be processed at a lower temperature than a method using a firing furnace, and one of the better methods as a firing method using a resin film with low heat resistance as a substrate It is. Further, since it is possible to remove the organic substance on the surface of the pattern and the oxide film by plasma, there is also an advantage that good solderability can be secured. Specifically, a reducing gas or a mixed gas of a reducing gas and an inert gas is flowed into a chamber, a plasma is generated by a microwave, and the active species generated thereby are heated for reduction or sintering. As a source, it is a method of obtaining a conductive film by using for decomposition of the organic substance further contained in a dispersing agent etc.
  • the deactivation of the active species is large, the metal part is selectively heated, and the temperature of the substrate itself does not easily rise. Therefore, the invention can be applied to a resin film as a substrate.
  • the copper oxide ink contains copper as a metal, and since copper oxide changes to copper as the baking proceeds, heating of only the pattern portion is promoted.
  • the sintering tends to be hindered and the resistance tends to increase.
  • the plasma method has a large effect of removing the organic substance in the conductor pattern.
  • Hydrogen or the like can be used as the reducing gas component, and nitrogen, helium, argon or the like can be used as the inert gas component. These may be used alone or as a mixture of a reducing gas component and an inert gas component in any ratio. Moreover, you may mix and use 2 or more types of inert gas components.
  • the plasma firing method can adjust the microwave input power, the introduced gas flow rate, the chamber internal pressure, the distance from the plasma source to the treatment sample, the treatment sample temperature, and the treatment time, and adjusting the intensity of the treatment Can change. Therefore, if optimization of the above adjustment items is attempted, not only the substrate made of inorganic material but also thermosetting resin film of organic material, paper, thermoplastic resin film with low heat resistance such as PET, PEN can be used as substrate It is possible to obtain a conductive film with low resistance. However, since the optimum conditions differ depending on the device structure and sample type, adjustment is made according to the situation.
  • the light baking method of the present embodiment is applicable to a flash light method or a laser light method using a discharge tube such as xenon as a light source. These methods are a method in which high intensity light is exposed for a short time, and a copper oxide ink coated on a substrate is raised to a high temperature for a short time to be fired, reduction of copper oxide, sintering of copper particles, integration of these And decomposition of the organic component to form a conductive film. Since the baking time is very short, application to a resin film substrate with low heat resistance is possible by a method with less damage to the substrate.
  • the flash light method is a method of instantaneously discharging the charge stored in the capacitor using a xenon discharge tube, generating pulse light of a large light quantity, and oxidizing it by irradiating the copper oxide ink formed on the substrate. It is a method of instantaneously heating copper to a high temperature and changing it to a conductive film.
  • the exposure dose can be adjusted by the light intensity, the light emission time, the light irradiation interval, the number of times, and if the light transmittance of the substrate is large, the resin substrate with low heat resistance such as PET, PEN or paper is also obtained by copper oxide ink It is possible to form a conductive pattern.
  • the light emission source is different, the same effect can be obtained by using a laser light source.
  • a laser in addition to the adjustment item of the flash light system, there is freedom of wavelength selection, and it is possible to select in consideration of the light absorption wavelength of the copper oxide ink having a pattern formed and the absorption wavelength of the substrate. Further, it is characterized in that exposure by beam scanning is possible, and adjustment of the exposure range is easy, such as exposure to the entire surface of the substrate or selection of partial exposure.
  • YAG yttrium aluminum garnet
  • YVO yttrium vanadate
  • Yb ytterbium
  • semiconductor laser GaAs, GaAlAs, GaInAs
  • carbon dioxide gas etc.
  • its emission wavelength is preferably 300 nm or more and 1500 nm or less.
  • 355 nm, 405 nm, 445 nm, 450 nm, 532 nm, 1056 nm and the like are preferable.
  • the substrate or the housing is a resin
  • laser wavelengths of 355 nm, 405 nm, 445 nm, 450 nm, and 532 nm are particularly preferable.
  • the light beam is preferably a laser beam having a central wavelength of 355 nm or more and 532 nm or less.
  • the support transparent to light, the light passes through the support, so that it is possible to appropriately fire part of the coating layer.
  • a part of the coating layer containing copper oxide and the phosphorus-containing organic substance is baked by a laser to form a conductive pattern area,
  • the unfired portion can be used to isolate the conductive pattern area. Therefore, it is not necessary to remove the unfired part of the coated layer. For this reason, the manufacturing process can be reduced, and since the solvent and the like are unnecessary, the manufacturing cost can be reduced.
  • the manufacturing process can be reduced accordingly. However, the insulating layer may be removed.
  • water or an alcohol such as ethanol, propanol, butanol, isopropyl alcohol, methanol, ethylene glycol or glycerin, or an organic solvent such as ketones, esters or ethers can be used.
  • water, ethanol, propanol, butanol and isopropyl alcohol are preferred in view of the cleaning performance of the insulating region.
  • solder layer on conductive pattern In the conductive substrate manufactured using the dispersion according to the present embodiment, since the dispersing agent that deteriorates the solderability and the dispersion medium are decomposed in the step of the baking treatment, the conductive substrate can be bonded to the conductive pattern.
  • soldering for example, an electronic component
  • solder is an alloy mainly composed of lead and tin, and includes lead-free solder containing no lead. Since the conductive pattern according to the present embodiment has voids (voids), the adhesion of the conductive pattern and the solder layer is enhanced by the solder entering the voids.
  • the grain size of copper contained in the conductive pattern and conductive layer is preferably 0.10 ⁇ m to 100 ⁇ m, more preferably 0.50 ⁇ m to 50 ⁇ m, and particularly preferably 1.0 ⁇ m to 10 ⁇ m. preferable. Thereby, the adhesiveness of a conductive pattern and a solder layer becomes high.
  • the electronic components include semiconductors, integrated circuits, active components such as diodes and liquid crystal displays, passive components such as resistors and capacitors, and mechanical components such as connectors, switches, electric wires, heat sinks and antennas. , At least one.
  • solder paste cream solder
  • the application of the solder paste is performed, for example, by contact printing using a metal mask and a metal squeegee.
  • a solder layer is formed on part of the surface of the conductive pattern. That is, after the process of FIG. 3 (h), a conductive substrate is obtained in which a solder layer is formed on part of the surface of the conductive pattern in the layer.
  • FIG. 3 (h) a conductive substrate is obtained in which a solder layer is formed on part of the surface of the conductive pattern in the layer.
  • the conductive substrate in which a solder layer is formed in a part of surface of a conductive pattern is obtained.
  • the area of the surface of the conductive pattern on which the solder layer is formed is not particularly limited, as long as the conductive pattern and the electronic component can be bonded to each other.
  • FIG. 6 is a top view of the conductive substrate on which the solder layer according to the present embodiment is formed.
  • FIG. 6A shows a photograph of a conductive substrate on which a solder layer is formed, and
  • FIG. 6B shows a schematic view thereof.
  • a conductive pattern B formed by firing a copper oxide ink as a dispersion is formed on the flexible substrate 11.
  • the solder layer 20 is formed on the surface of the conductive pattern B.
  • the conductive pattern B and the conducting wire 90 are appropriately soldered by the solder layer 20, and the conducting pattern B and the electronic component 91 are properly connected via the conducting wire 90.
  • the copper oxide ink as the dispersion is fired to form the conductive pattern, and thus the organic binder contained in the dispersion is decomposed.
  • the wettability of the solder becomes high, and the solder layer can be easily formed on the surface of the conductive pattern. For this reason, soldering of electronic parts becomes possible.
  • the value of the Y-section obtained from the calibration curve was divided by the weight of added hydrazine / the weight of added surrogate material to obtain the weight of hydrazine.
  • Example 1 Dissolve 806 g of copper acetate (II) monohydrate (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) in a mixed solvent of 7560 g of distilled water (manufactured by Kyoei Pharmaceutical Co., Ltd.) and 3494 g of 1,2-propylene glycol (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) The liquid temperature was adjusted to -5 ° C by an external temperature controller. After adding 235 g of hydrazine monohydrate (made by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) in a nitrogen atmosphere over 20 minutes (first time) and stirring for 30 minutes (first time), the liquid temperature is adjusted by an external temperature controller. Was brought to 25.degree. C.
  • the dispersion was well dispersed.
  • the content of cuprous oxide was 20%, and the particle size was 21 nm.
  • the hydrazine content was 3000 ppm.
  • Example 2 Dissolve 806 g of copper acetate (II) monohydrate (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) in a mixed solvent of 7560 g of distilled water (manufactured by Kyoei Pharmaceutical Co., Ltd.) and 3494 g of 1,2-propylene glycol (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) The liquid temperature was adjusted to -5 ° C by an external temperature controller. After adding 235 g of hydrazine monohydrate (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) in a nitrogen atmosphere over 20 minutes and stirring for 30 minutes, the liquid temperature is brought to 25 ° C. by an external temperature controller and stirred in a nitrogen atmosphere for 90 minutes did.
  • II copper acetate
  • the dispersion was well dispersed.
  • the content of cuprous oxide was 20%, and the particle size was 23 nm.
  • the hydrazine content was 700 ppm.
  • Example 3 Dissolve 806 g of copper acetate (II) monohydrate (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) in a mixed solvent of 7560 g of distilled water (manufactured by Kyoei Pharmaceutical Co., Ltd.) and 3494 g of 1,2-propylene glycol (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) The liquid temperature was adjusted to -5 ° C by an external temperature controller. After adding 235 g of hydrazine monohydrate (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) in a nitrogen atmosphere over 20 minutes and stirring for 30 minutes, the liquid temperature is brought to 25 ° C. by an external temperature controller and stirred in a nitrogen atmosphere for 90 minutes did.
  • the dispersion was well dispersed.
  • the content of cuprous oxide was 20%, and the particle size was 23 nm.
  • the hydrazine content was 2900 ppm.
  • Example 4 Dissolve 806 g of copper acetate (II) monohydrate (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) in a mixed solvent of 7560 g of distilled water (manufactured by Kyoei Pharmaceutical Co., Ltd.) and 3494 g of 1,2-propylene glycol (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) The liquid temperature was adjusted to -5 ° C by an external temperature controller. After adding 235 g of hydrazine monohydrate (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) in a nitrogen atmosphere over 20 minutes and stirring for 30 minutes, the liquid temperature is brought to 25 ° C. by an external temperature controller and stirred in a nitrogen atmosphere for 90 minutes did.
  • the dispersion was well dispersed.
  • the content of cuprous oxide was 20%, and the particle size was 16 nm.
  • the hydrazine content was 2700 ppm.
  • Example 5 Dissolve 806 g of copper acetate (II) monohydrate (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) in a mixed solvent of 7560 g of distilled water (manufactured by Kyoei Pharmaceutical Co., Ltd.) and 3494 g of 1,2-propylene glycol (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) The liquid temperature was adjusted to -5 ° C by an external temperature controller. After adding 235 g of hydrazine monohydrate (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) in a nitrogen atmosphere over 20 minutes and stirring for 30 minutes, the liquid temperature is brought to 25 ° C. by an external temperature controller and stirred in a nitrogen atmosphere for 90 minutes did.
  • II copper acetate
  • the dispersion was well dispersed.
  • the content of cuprous oxide was 20%, and the particle size was 24 nm.
  • the hydrazine content was 3000 ppm.
  • Example 6 Dissolve 806 g of copper acetate (II) monohydrate (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) in a mixed solvent of 7560 g of distilled water (manufactured by Kyoei Pharmaceutical Co., Ltd.) and 3494 g of 1,2-propylene glycol (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) The liquid temperature was adjusted to -5 ° C by an external temperature controller. After adding 235 g of hydrazine monohydrate (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) in a nitrogen atmosphere over 20 minutes and stirring for 30 minutes, the liquid temperature is brought to 25 ° C. by an external temperature controller and stirred in a nitrogen atmosphere for 90 minutes did.
  • the dispersion was well dispersed.
  • the content of cuprous oxide was 20%, and the particle size was 23 nm.
  • the hydrazine content was 3000 ppm.
  • Example 7 In 98.5 g of the dispersion obtained in Example 1, 1.5 g of hydrazine (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was placed under a nitrogen atmosphere.
  • the dispersion was well dispersed.
  • the content of cuprous oxide was 20%, and the particle size was 29 nm.
  • the hydrazine content was 18,000 ppm.
  • Example 8 Dissolve 806 g of copper acetate (II) monohydrate (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) in a mixed solvent of 7560 g of distilled water (manufactured by Kyoei Pharmaceutical Co., Ltd.) and 3494 g of 1,2-propylene glycol (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) The liquid temperature was adjusted to -5 ° C by an external temperature controller. After adding 235 g of hydrazine monohydrate (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) in a nitrogen atmosphere over 20 minutes and stirring for 30 minutes, the liquid temperature is brought to 25 ° C. by an external temperature controller and stirred in a nitrogen atmosphere for 90 minutes did.
  • the dispersion was well dispersed.
  • the content of cuprous oxide was 20%, and the particle size was 20 nm.
  • the hydrazine content was 3000 ppm.
  • Example 9 Dissolve 806 g of copper acetate (II) monohydrate (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) in a mixed solvent of 7560 g of distilled water (manufactured by Kyoei Pharmaceutical Co., Ltd.) and 3494 g of 1,2-propylene glycol (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) The liquid temperature was adjusted to -5 ° C by an external temperature controller. After adding 235 g of hydrazine monohydrate (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) in a nitrogen atmosphere over 20 minutes and stirring for 30 minutes, the liquid temperature is brought to 25 ° C. by an external temperature controller and stirred in a nitrogen atmosphere for 90 minutes did.
  • the dispersion was well dispersed.
  • the content of cuprous oxide was 20%, and the particle size was 24 nm.
  • the hydrazine content was 3000 ppm.
  • Example 10 Dissolve 806 g of copper acetate (II) monohydrate (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) in a mixed solvent of 7560 g of distilled water (manufactured by Kyoei Pharmaceutical Co., Ltd.) and 3494 g of 1,2-propylene glycol (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) The liquid temperature was adjusted to -5 ° C by an external temperature controller. After adding 235 g of hydrazine monohydrate (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) in a nitrogen atmosphere over 20 minutes and stirring for 30 minutes, the liquid temperature is brought to 25 ° C. by an external temperature controller and stirred in a nitrogen atmosphere for 90 minutes did.
  • II copper acetate
  • Example 11 Dissolve 806 g of copper acetate (II) monohydrate (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) in a mixed solvent of 7560 g of distilled water (manufactured by Kyoei Pharmaceutical Co., Ltd.) and 3494 g of 1,2-propylene glycol (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) The liquid temperature was adjusted to -5 ° C by an external temperature controller. After adding 235 g of hydrazine monohydrate (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) in a nitrogen atmosphere over 20 minutes and stirring for 30 minutes, the liquid temperature is brought to 25 ° C. by an external temperature controller and stirred in a nitrogen atmosphere for 90 minutes did.
  • Example 12 In 1000 g of the dispersion obtained in Example 2, 0.30 g of hydrazine (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was placed under a nitrogen atmosphere.
  • the dispersion was well dispersed.
  • the content of cuprous oxide was 20%, and the particle size was 23 nm.
  • the hydrazine content was 1000 ppm.
  • Example 13 In 1000 g of the dispersion obtained in Example 2, 0.80 g of hydrazine (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was placed under a nitrogen atmosphere.
  • the dispersion was well dispersed.
  • the content of cuprous oxide was 20%, and the particle size was 23 nm.
  • the hydrazine content was 1500 ppm.
  • Example 14 In 1000 g of the dispersion obtained in Example 2, 0.80 g of adipositohydrazide (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was placed under a nitrogen atmosphere.
  • the dispersion was well dispersed.
  • the content of cuprous oxide was 20%, and the particle size was 23 nm.
  • the hydrazine content was 700 ppm, and the adiposihydrazide content was 800 ppm.
  • Example 15 In 1000 g of the dispersion obtained in Example 2, 0.80 g of 4-amino-1,2,4-triazole (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was placed under a nitrogen atmosphere.
  • the dispersion was well dispersed.
  • the content of cuprous oxide was 20%, and the particle size was 23 nm.
  • the hydrazine content was 700 ppm and the 4-amino-1,2,4-triazole content was 800 ppm.
  • Example 16 Dissolve 806 g of copper acetate (II) monohydrate (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) in a mixed solvent of 7560 g of distilled water (manufactured by Kyoei Pharmaceutical Co., Ltd.) and 3494 g of 1,2-propylene glycol (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) The liquid temperature was adjusted to -5 ° C by an external temperature controller. After adding 235 g of hydrazine monohydrate (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) in a nitrogen atmosphere over 20 minutes and stirring for 30 minutes, the liquid temperature is brought to 25 ° C. by an external temperature controller and stirred in a nitrogen atmosphere for 90 minutes did.
  • II copper acetate
  • distilled water manufactured by Kyoei Pharmaceutical Co., Ltd.
  • 1,2-propylene glycol manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.
  • Example 17 Dissolve 806 g of copper acetate (II) monohydrate (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) in a mixed solvent of 7560 g of distilled water (manufactured by Kyoei Pharmaceutical Co., Ltd.) and 3494 g of 1,2-propylene glycol (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) The liquid temperature was adjusted to -5 ° C by an external temperature controller. After adding 235 g of hydrazine monohydrate (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) in a nitrogen atmosphere over 20 minutes and stirring for 30 minutes, the liquid temperature is brought to 25 ° C. by an external temperature controller and stirred in a nitrogen atmosphere for 90 minutes did.
  • II copper acetate
  • distilled water manufactured by Kyoei Pharmaceutical Co., Ltd.
  • 1,2-propylene glycol manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.
  • the evaluation criteria of the dispersibility of the copper oxide ink are as follows. A: The particle size of the copper oxide particles immediately after the dispersion by the homogenizer is 50 nm or less, and the sedimentation of the particles does not occur within 30 minutes of the dispersion by the homogenizer. B: The diameter of the copper oxide particles immediately after the dispersion by the homogenizer is larger than 50 nm, and the sedimentation of the particles does not occur within 30 minutes of the dispersion by the homogenizer. C: Precipitation of particles occurs within 30 minutes of dispersion by a homogenizer.
  • a pattern-like coating was formed on the substrate by reverse printing using a copper oxide ink.
  • a coating of copper oxide ink of uniform thickness was formed on the surface of the blanket.
  • the surface material of the blanket is usually composed of silicone rubber, and it was confirmed that the copper oxide ink adhered well to this silicone rubber and a uniform coating was formed.
  • a print pattern was formed on the coating of the copper oxide ink remaining on the surface of the blanket.
  • the blanket in this state was pressed against the surface of the substrate to be printed, and the coating film of the copper oxide ink remaining on the blanket was transferred to form a pattern-like coating film. Evaluation criteria are as follows. A: Reverse printing was possible. B: Some print patterns were not formed. C: Reverse printing was not possible.
  • Examples 1 to 17 low resistance was maintained when the copper film was formed on the PEN film without aggregation of the copper oxide ink.
  • the value of (mass of reducing agent / mass of copper oxide) was 0.00010 or more and 0.10 or less, and the value of (mass of dispersing agent / mass of copper oxide) was 0.0050 or more and 0.30 or less .
  • the dispersant had an acid value of 20 or more and 130 or less. It is thought that reduction of copper oxide is promoted by using hydrazine as a reducing agent, and a copper film with low resistance is produced.
  • Example 16 the acid value of the dispersant of Example 16 was 130. In Example 16, the dispersibility was slightly inferior to that in Examples 1 to 15, and the resistance of the sintered and produced copper film increased.
  • Comparative Example 3 no hydrazine was added to the copper oxide ink. In this case, since the hydrazine which is presumed to contribute to the storage stability is not added, the average particle diameter of copper oxide is larger than that of the example, and the storage stability is lowered. In Comparative Example 4, the reducing agent mass was out of 0.00010 ⁇ (reducing agent mass / copper oxide mass) ⁇ 0.10. In this case, since the copper oxide ink was aggregated, reverse printing and resistance measurement could not be performed.
  • the average particle diameter of cuprous oxide was 3.0 nm or more and 50 nm or less. Furthermore, printability is also good, and as in Examples 1-9 and 12-15, when the dispersion medium is a monoalcohol having 7 or less carbon atoms, Examples 10 and 11 in which the dispersion medium has 8 or more carbon atoms In comparison, the printability was better.
  • Example 16 in which the acid value of the dispersant is greater than 130, the average particle diameter of cuprous oxide exceeds 50 nm, the resistance is increased, and the printability is lower than in Examples 1 to 15. did.
  • Example 14 after the copper oxide ink was prepared, azide hydrazide was added as a reducing agent, and in Example 15, 4-amino-1,2,4-triazole was added after addition. Also in these cases, the dispersibility, printability and storage stability were good, and the copper film could maintain low resistance.
  • the reducing agent was added after the preparation of the copper oxide ink, Examples 7, 12 and 13 in which hydrazine was used as the reducing agent maintained lower resistance than in the case of using other reducing agents.
  • the reducing agent when the copper oxide ink was produced, the reducing agent was added under a predetermined time condition, and dispersed under a nitrogen atmosphere, whereby the reducing agent was effectively left in the copper oxide ink. Thereby, it turned out that the mass of the reducing agent and dispersing agent to copper oxide can be made into a predetermined range, and a copper oxide ink excellent in storage stability can be produced.
  • the reducing agent was effectively left in the copper oxide ink by adding the reducing agent to the copper oxide ink in a nitrogen atmosphere.
  • the polydispersity of Examples 1 to 17 was 0.20 to 0.30.
  • the acid value of is 20 or more and 130 or less, and the average particle diameter of copper oxide is 3.0 nm or more and 50 nm or less.
  • the average particle diameter of copper oxide is 25 nm or more and 120 or less, and 5.0 nm or more and 40 nm or less.
  • the average particle diameter of copper oxide is 36 nm or more and 110 or less, and 5.0 nm or more and 40 nm or less.
  • the average particle diameter of copper oxide be 36 or more and 101 or less, and 10 nm or more and 29 nm or less.
  • Example 1 The copper oxide ink of Example 1 was bar-coated on a PET substrate to a predetermined thickness (800 nm), and dried at room temperature for 10 minutes to obtain Sample A in which a coating layer was formed on PET.
  • Laser beam (wavelength 445 nm, output 1.1 W, continuous wave (CW)) is applied to sample A while moving the focal position at maximum speed 300 mm / min using a galvano scanner, 25 mm x 1 mm A conductive film containing copper of the following dimensions was obtained, the resistance was 20 ⁇ cm, and the conductive film could be prepared also by laser firing.
  • the sample A laser light (wavelength 355 nm, output 50%, pulse repetition frequency 300 kHz) at a speed of 100 mm / sec in nitrogen atmosphere. Irradiated. The resistance was 15 ⁇ cm. The conductive film was able to be produced also in the laser firing.
  • sample B is obtained in which a coated layer (film thickness: 700 nm) of a 60 ⁇ m wide line is formed on PET by the reverse printing method described above.
  • the copper oxide ink of the present invention can obtain a conductive film with less breakage or breakage by plasma or light baking treatment. Therefore, the copper oxide ink of the present invention is suitably used for the production of printed wiring boards, electronic devices, transparent conductive films, electromagnetic wave shields, antistatic films and the like.

Abstract

インクとして分散安定性が高く、貯蔵安定性に優れ、基板上で抵抗の低い導電膜を形成すること。酸化銅インク(1)は、酸化銅(2)と、分散剤(3)と、還元剤とを含み、還元剤の含有量が下記式(1)の範囲であり、分散剤の含有量が下記式(2)の範囲である。 0.00010≦(還元剤質量/酸化銅質量)≦0.10 (1) 0.0050≦(分散剤質量/酸化銅質量)≦0.30 (2) 還元剤が含まれることにより、焼成において酸化銅の銅への還元が促進され、銅の焼結が促進される。

Description

酸化銅インク及びこれを用いた導電性基板の製造方法、塗膜を含む製品及びこれを用いた製品の製造方法、導電性パターン付製品の製造方法、並びに、導電性パターン付製品
 本発明は、酸化銅インク及びこれを用いた導電性基板の製造方法、塗膜を含む製品及びこれを用いた製品の製造方法、導電性パターン付製品の製造方法、並びに、導電性パターン付製品に関する。
 回路基板は、基板上に導電性の配線を施した構造を有する。回路基板の製造方法は、一般的に、次の通りである。まず、金属箔を貼り合せた基板上にフォトレジストを塗布する。次に、フォトレジストを露光及び現像して所望の回路パターンのネガ状の形状を得る。次に、フォトレジストに被覆されていない部分の金属箔をケミカルエッチングにより除去してパターンを形成する。これにより、高性能の回路基板を製造することができる。
 しかしながら、従来の方法は、工程数が多く、煩雑であると共に、フォトレジスト材料を要する等の欠点がある。
 これに対し、金属微粒子及び金属酸化物微粒子からなる群から選択された微粒子を分散させた分散体で基板上に所望の配線パターンを直接印刷する直接配線印刷技術(以下、PE(プリンテッド エレクトロニクス)法と記載する)が注目されている。この技術は、工程数が少なく、フォトレジスト材料を用いる必要がない等、極めて生産性が高い。
 分散体としては、金属インク及び金属ペーストが挙げられる。金属インクは、平均粒子径が数~数十ナノメートルの金属超微粒子を分散媒に分散させた分散体である。金属インクを基板に塗布乾燥させた後、これを熱処理すると、金属超微粒子特有の融点降下によって、金属の融点よりも低い温度で焼結し、導電性を有する金属膜(以下、導電膜ともいう)を形成できる。金属インクを用いて得られた金属膜は、膜厚が薄く、金属箔に近いものになる。
 一方、金属ペーストは、マイクロメートルサイズの金属の微粒子と、バインダ樹脂と共に分散媒に分散させた分散体である。微粒子のサイズが大きいので、沈降を防ぐために、通常はかなり粘度の高い状態で供給される。そのため、粘度の高い材料に適したスクリーン印刷やディスペンサーによる塗布に適している。金属ペーストは、金属粒子のサイズが大きいため、膜厚が厚い金属膜を形成できるという特徴を有する。
 このような金属粒子に利用される金属として銅が注目されている。特に、投影型静電容量式タッチパネルの電極材料として広く用いられているITO(酸化インジウムスズ)の代替として、抵抗率、イオン(エレクトロケミカル)マイグレーション、導体としての実績、価格、埋蔵量等の観点から、銅が最も有望である。
 しかしながら、銅は、数十ナノメートルの超微粒子では酸化が起こりやすく酸化防止処理が必要である。酸化防止処理は、焼結の妨げになるという課題があった。
 このような課題を解決するために、銅酸化物の超微粒子を前駆体とし、適切な雰囲気下で、熱、活性光線等のエネルギーによって銅酸化物を銅に還元し、銅薄膜を形成することが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
 銅酸化物の超微粒子における表面拡散自体は、300℃よりも低い温度で起こるため、適切な雰囲気下でエネルギーにより、銅酸化物を銅に還元すると、銅の超粒子相互が焼結により緻密なランダムチェーンを形成し、全体がネットワーク状となり、所望の電気導電性が得られる。
 また、特許文献2において、経時変化に対して優れた安定性を示し、微細なパターン形状の導電膜を形成し得る銅酸化物分散体が提案されている。
国際公開第2003/051562号 国際公開第2015/012264号
 金属インク及び金属ペーストを用いたPE法により得られる金属薄膜は、抵抗率が低いだけでなく、経時的変化が少ないことが求められる。例えば、銀ペーストに関しては、銀は大気下で酸化を受けやすく、酸化して抵抗率が上昇するため、銀粒子間の抵抗率は経時的に悪化していくことが知られている。
 しかしながら、特許文献1に開示された銅酸化物の超微粒子を前駆体として用いたPE法により得られる金属膜について、抵抗率の安定性について検討した先行技術文献は存在していない。
 また、工業的利用においては、分散体が、高濃度で経時的変化に対して優れた分散安定性を有することも求められる。
 本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、インクとして分散安定性が高く、貯蔵安定性に優れ、基板上で抵抗の低い導電膜を形成できる酸化銅インク及びこれを用いた導電性基板の製造方法、塗膜を含む製品及びこれを用いた製品の製造方法、導電性パターン付製品の製造方法、並びに、導電性パターン付製品を提供することを目的の一つとする。
 本発明の一態様の酸化銅インクは、酸化銅と、分散剤と、還元剤とを含み、前記還元剤の含有量が下記式(1)の範囲であり、前記分散剤の含有量が下記式(2)の範囲であることを特徴とする。
  0.00010≦(還元剤質量/酸化銅質量)≦0.10 (1)
  0.0050≦(分散剤質量/酸化銅質量)≦0.30 (2)
 本発明の一態様の酸化銅インクは、酸化第一銅と、分散剤と、還元剤とを含み、前記分散剤は、酸価が20以上、130以下であり、リン含有有機物であり、前記分散剤の含有量が下記式(1)の範囲であり、前記還元剤は、ヒドラジン及びヒドラジン水和物から選ばれる少なくとも1つを含み、前記還元剤の含有量が下記式(2)の範囲であることを特徴とする。
  0.00010≦(還元剤質量/酸化銅質量)≦0.10 (1)
  0.0050≦(分散剤質量/酸化銅質量)≦0.30 (2)
 本発明の一態様の塗膜を含む製品は、酸化銅と、分散剤と、還元剤とを含み、前記還元剤の含有量が下記式(1)の範囲であり、前記分散剤の含有量が下記式(2)の範囲であることを特徴とする。
  0.00010≦(還元剤質量/酸化銅質量)≦0.10 (1)
  0.0050≦(分散剤質量/酸化銅質量)≦0.30 (2)
 本発明の一態様の塗膜を含む製品は、酸化第一銅と、分散剤と、還元剤とを含み、前記分散剤は、酸価が20以上、130以下であり、リン含有有機物であり、前記分散剤の含有量が下記式(1)の範囲であり、前記還元剤は、ヒドラジン及びヒドラジン水和物から選ばれる少なくとも1つを含み、前記還元剤の含有量が下記式(2)の範囲であることを特徴とする。
  0.00010≦(還元剤質量/酸化銅質量)≦0.10 (1)
  0.0050≦(分散剤質量/酸化銅質量)≦0.30 (2)
 本発明の一態様の導電性基板の製造方法は、上記の酸化銅インクを用い、基板上に形成したパターンに、還元性ガスを含む雰囲気下でプラズマを発生させ焼成処理を行うことを特徴とする。
 発明の一態様の導電性基板の製造方法は、上記の酸化銅インクを用い、基板上に塗膜を形成する工程と、その塗膜にレーザ光を照射させる工程と、を含むことを特徴とする。
 本発明の一態様の導電性基板の製造方法は、上記の酸化銅インクを用い、基板上に塗膜を形成する工程と、その塗膜にキセノン光を照射させる工程と、を含むことを特徴とする。
 本発明の一態様の製品の製造方法は、上記の塗膜を含む製品を用い、前記製品に、還元性ガスを含む雰囲気下でプラズマを発生させ焼成処理を行い、導電性パターンを得ることを特徴とする。
 発明の一態様の製品の製造方法は、上記の塗膜を含む製品を用い、前記製品に、レーザ光を照射させ、導電性パターンを得る工程を含むことを特徴とする。
 発明の一態様の製品の製造方法は、上記の塗膜を含む製品を用い、前記製品に、キセノン光を照射させ、導電性パターンを得る工程を含むことを特徴とする。
 本発明の一態様の導電性パターン付製品は、基板と、前記基板の表面に形成された酸化第一銅含有層と、前記酸化第一銅含有層の表面に形成された導電性層と、を具備し、前記導電性層は線幅1.0μm以上、1000μm以下の配線であり、前記配線は還元銅を含むことを特徴とする。
 本発明の一態様の導電性パターン付製品は、基板と、前記基板の表面に形成された酸化第一銅含有層と、前記酸化第一銅含有層の表面に形成された導電性層と、を具備し、前記導電性層は線幅1.0μm以上、1000μm以下の配線であり、前記配線は還元銅、銅及びスズを含むことを特徴とする。
 本発明の一態様の導電性パターン付製品は、基板と、前記基板の表面に形成された導電性パターンと、を具備し、前記導電性パターンは線幅1.0μm以上、1000μm以下の配線であり、前記配線は還元銅、リン及びボイドを含むことを特徴とする。
 本発明の一態様の導電性パターン付製品は、基板と、前記基板の表面に形成された導電性パターンと、を具備し、前記導電性パターンは線幅1.0μm以上、1000μm以下の配線であり、前記配線は還元銅、銅及びスズを含むことを特徴とする。
 本発明の一態様の導電性パターン付製品は、基板と、前記基板の表面に形成された導電性パターンと、を具備し、前記導電性パターンは線幅1.0μm以上、1000μm以下の配線であり、前記配線は還元銅、酸化銅及びリンを含み、前記配線を覆うように樹脂が配置されていることを特徴とする。
 本発明によれば、インクとして分散安定性が高く、貯蔵安定性に優れ、基板上で抵抗の低い導電膜を形成できる。
本実施の形態に係る酸化銅とリン酸エステル塩との関係を示す模式図である。 本実施の形態に係る導電性基板を示す断面模式図である。 本実施の形態に係る焼成にレーザ照射を用いた場合の導電性基板の製造方法の各工程を示す説明図である。 本実施の形態に係る焼成にプラズマを用いた場合の導電性基板の製造方法の各工程を示す説明図である。 本実施の形態に係る焼成にレーザ照射を用いた場合の導電性基板の製造方法であり、各工程を示す説明図である。なお、図3と一部異なる工程を含む。 図6Aは本実施の形態に係るハンダ層が形成された導電性基板の写真である。図6Bは図6Aの模式図である。
 以下、本発明の一実施の形態(以下、「実施の形態」と略記する。)について、詳細に説明する。
<本実施の形態の酸化銅インクの概要>
 高い分散安定性、及び優れた貯蔵安定性を備えた酸化銅インクを用いることで、大気下での取り扱いを容易にでき、また、粒径、濃度、粘度及び溶媒のコントロール、各種印刷手法への適用、更には汎用樹脂基板上での焼成等が可能となる。
 本実施の形態における酸化銅インクでは、ナノ粒子の凝集を防止すべく、分散剤を含ませている。更に、本実施の形態では、還元剤も微量に含む。還元剤を含むことで、焼成の際、酸化銅の銅への還元を促進させることができる。
 ところで、特許文献2に記載されているように、ヒドラジン等の還元剤は、濃縮希釈を繰り返す溶媒置換などによって、酸化銅中から積極的に除去されてきた。すなわち、本発明者らによる特許文献2の出願時点の知見においては、ヒドラジン等の還元剤を希釈・濃縮を繰り返して銅インク中から積極的に除去していた。
 これに対して本実施の形態では、還元剤を所定量含ませている。従来、還元剤の定量を阻害する酸化銅ナノ粒子が存在すると、還元剤を定量することは困難であったが、本発明者らは、特許文献2の出願時点以降に、酸化銅インク中のヒドラジン等の還元剤の定量方法を確立した。これにより、酸化銅インク中のヒドラジン等の還元剤の定量が可能になり、酸化銅インク中のヒドラジン等の還元剤の及ぼす効果を定量的に把握可能となった。その結果、ヒドラジン等の還元剤が酸化銅インクの貯蔵安定性にも寄与していることがわかり、本発明を完成するに至った。
 また、上記還元剤の定量方法の確立により、酸化銅インク中にヒドラジン等の還元剤を積極的に残す方法を見出すことができた。すなわち、酸化銅インクを作製する際に、ヒドラジン等の還元剤を所定の時間/温度条件で添加し、窒素雰囲気下で分散させることで、酸化銅インクにヒドラジン等の還元剤を効果的に残せることがわかった。
 以下、本実施の形態の酸化銅インクについて具体的に説明する。図1は、本実施の形態に係る酸化銅とリン酸エステル塩との関係を示す模式図である。図2は、本実施の形態に係る導電性基板を示す断面模式図である。
<酸化銅インク>
 本実施の形態の酸化銅インクは、分散媒に、(1)酸化銅と、(2)分散剤と、(3)還元剤とを含むことを特徴とする。酸化銅インクに還元剤が含まれることにより、焼成において酸化銅の銅への還元が促進され、銅の焼結が促進される。
 「酸化銅インク」とは、分散媒中に、酸化銅が分散した状態のインクやペーストである。また、酸化銅インクは、分散体と称することもできる。
 「還元剤」は、酸化銅に対する還元作用を有するものであり、銅への還元を促進する。還元剤は、分散剤及び分散媒よりも還元作用が強い物質として選択される。
 「分散媒」は、溶媒として機能する。「分散媒」は、物質によっては、分散剤、還元剤及び分散媒のうち2以上に該当し、または、いずれに該当する場合であっても、本実施の形態においては、分散媒と定義される。
 「分散剤」は、酸化銅同士が互いに凝集しないように分散媒中に分散させることに寄与する。
 還元剤の含有量は、下記式(1)の範囲を満たす。
 0.00010≦(還元剤質量/酸化銅質量)≦0.10 (1)
 これにより還元剤の質量比率が0.00010以上であると、より焼成の際の還元が進み、銅膜の抵抗が低下する。更に、本実施の形態では、還元剤含有量を上記式(1)とすることで、貯蔵安定性をより向上させることができる。貯蔵安定性が向上する原理は不明であるが、A.還元剤が酸素を消費する、B.酸化銅粒子のゼータ電位を還元剤が制御している、と推定される。また、0.10以下であると酸化銅インクの貯蔵安定性が向上する。より好ましくは0.0010以上0.050以下、より好ましくは0.0010以上0.030以下、さらに好ましくは0.0020以上0.030以下、さらにより好ましくは0.0040以上0.030以下である。
 また、分散剤の含有量は、下記式(2)の範囲を満たす。
 0.0050≦(分散剤質量/酸化銅質量)≦0.30 (2)
 これにより、酸化銅の凝集を抑制して、分散安定性が向上する。より好ましくは0.050以上0.30以下であり、さらに好ましくは0.10以上0.30以下であり、さらにより好ましくは0.20以上0.30以下、さらにより好ましくは0.20以上0.25以下である。
 また、分散剤の酸価は、20以上、130以下であることが好ましい。これにより、酸化銅インクの分散安定性が向上する。この範囲内であれば、酸化銅の平均粒子径を3.0nm以上、50nm以下にすることができる。分散剤の酸価は、より好ましくは25以上120以下であり、さらに好ましくは36以上110以下、さらにより好ましくは36以上101以下である。
 この構成により、酸化銅に対する還元剤及び分散剤の質量の範囲を限定することで、分散安定性、貯蔵安定性が向上するとともに、導電膜の抵抗が効果的に低下する。特に還元剤含有量を上記式(1)とすることで、貯蔵安定性が特許文献2と比べ、より良くなった。上記還元剤の定量方法の確立により、還元剤含有量を上記式(1)とすることで、貯蔵安定性をより向上させることができるとわかった。
 また、分散剤の酸価の範囲を限定することで、分散安定性が効果的に向上する。また、プラズマや光、レーザ光を用いて焼成処理を行うことができるため、酸化銅中の有機物が分解され、酸化銅の焼成が促進され、抵抗の低い導電膜を形成できる。このため、電気を流す配線や、放熱、電磁波シールド、回路など様々な銅配線を提供できる。また、酸化銅は抗菌抗カビ性を有する。
 酸化銅の粒子径を上記した範囲とすることで、低温焼成が可能になり、還元により生じた銅を容易に焼結することができる。また、プラズマや光、レーザ光を用いて焼成処理を行うことができるため、酸化銅中の有機物が分解され、酸化銅の焼成が促進されて抵抗の低い導電膜を形成できるとともに、分散安定性が向上する。
 また、酸化銅は酸化第一銅であることが好ましい。これにより、酸化銅の還元が容易になり、還元により生じた銅を容易に焼結することができる。
 本実施の形態の酸化銅インクは、以下の構成を含むことが好ましい。
(A)酸化第一銅と、分散剤と、還元剤とを含むこと。
(B)分散剤は、酸価が、20以上、130以下であり、リン含有有機物であり、前記分散剤の含有量が下記式(2)の範囲であること。
(C)還元剤は、ヒドラジン及びヒドラジン水和物から選ばれる少なくとも1つを含み、前記還元剤の含有量が下記式(1)の範囲であること。
  0.00010≦(還元剤質量/酸化銅質量)≦0.10 (1)
  0.0050≦(分散剤質量/酸化銅質量)≦0.30 (2)
 この構成により、酸化第一銅に対する還元剤及び分散剤の質量の範囲を限定することで、分散安定性、貯蔵安定性が向上するとともに、導電膜の抵抗が効果的に低下する。また、分散剤の酸価の範囲を限定することで、分散安定性が効果的に向上する。さらに、分散剤がリン含有有機物であることで、分散安定性が向上する。
 また、本実施の形態の酸化銅インクでは、酸化第一銅と、分散剤と、還元剤と、更に、分散媒を含むことが好ましい。
 このとき、分散媒は、以下の構成であることが好ましい。
(D)分散媒が炭素数7以下のモノアルコールであり、前記分散媒の酸化銅インク中の含有量が30質量%以上、95質量%以下であること。
 この構成により、低温焼成が可能になる。また、プラズマや光、レーザ光を用いて焼成処理を行うことができるため、酸化銅中の有機物が分解され、酸化銅の焼成が促進されて抵抗の低い導電膜を形成できるとともに、分散安定性が向上する。
 次に、酸化銅インクにおける酸化銅と分散剤の状態について、図1を用いて説明する。図1に示すように、酸化銅インク1において、酸化銅の一例である酸化銅2の周囲には、分散剤としての例えばリン含有有機物の一例であるリン酸エステル塩3が、リン3aを内側に、エステル塩3bを外側にそれぞれ向けて取り囲んでいる。リン酸エステル塩3は電気絶縁性を示すため、隣接する酸化銅2との間の電気的導通は妨げられる。また、リン酸エステル塩3は、立体障害効果により酸化銅インク1の凝集を抑制する。
 したがって、酸化銅2は半導体であり導電性であるが、電気絶縁性を示すリン酸エステル塩3で覆われているので、酸化銅インク1は電気絶縁性を示し、断面視(図2中に示す上下方向に沿った断面)で、酸化銅インク1の両側に隣接する導電性パターン領域(後述)の間の絶縁を確保することができる。
 一方、導電性パターン領域は、酸化銅及びリン含有有機物を含む塗布層の一部の領域に光照射し、当該一部の領域において、酸化銅を銅に還元する。このように酸化銅が還元された銅を還元銅という。また、当該一部の領域において、リン含有有機物は、リン酸化物に変性する。リン酸化物では、上述のエステル塩3b(図1参照)のような有機物は、レーザなどの熱によって分解し、電気絶縁性を示さないようになる。
 また、図1に示すように、酸化銅2が用いられている場合、レーザなどの熱によって、酸化銅が還元銅に変化すると共に焼結し、隣接する酸化銅2同士が一体化する。これによって、優れた電気導電性を有する領域(以下、「導電性パターン領域」という)を形成することができる。
 導電性パターン領域において、還元銅の中にリン元素が残存している。リン元素は、リン元素単体、リン酸化物及びリン含有有機物のうち少なくとも1つとして存在している。このように残存するリン元素は導電性パターン領域中に偏析して存在しており、導電性パターン領域の抵抗が大きくなる恐れはない。
[(1)酸化銅]
 本実施形態においては金属酸化物成分の一つとして酸化銅を用いる。酸化銅としては、酸化第一銅(CuO)が好ましい。これは、金属酸化物の中でも還元が容易で、さらに微粒子を用いることで焼結が容易であること、価格的にも銅であるがゆえに銀などの貴金属類と比較し安価で、マイグレーションに対し有利であるためである。
 酸化銅粒子の平均粒子径の好ましい範囲は、3.0nm以上、50nm以下、より好ましくは5.0nm以上、40nm以下、さらに好ましくは10nm以上、29nm以下である。平均粒子径が50nm以下の場合、低温焼成が可能となり、基板の汎用性が広がる。また、基板上に微細パターンを形成し易い傾向があるので好ましい。また、3.0nm以上であると、酸化銅インクに用いられた際に分散安定性がよく、酸化銅インクの長期保管安定性が向上するので好ましい。また、均一な薄膜を作製できる。ここで平均粒子径とは、酸化銅インク中での分散時の粒子径であり、大塚電子製FPAR-1000を用いてキュムラント法によって測定した値である。つまり1次粒子径とは限らず、2次粒子径であってもよい。
 また、平均粒子径分布において、多分散度が0.10以上0.40以下の範囲がよく、より好ましくは0.20以上0.30以下がよい。この範囲であれば、成膜性がよく、分散安定性も高い。
 酸化第一銅に関しては、市販品を用いてもよいし、合成して用いてもよい。市販品として、(株)希少金属材料研究所製の平均一次粒子径5~50nmのものがある。合成法としては、次の方法が挙げられる。
 (1)ポリオール溶剤中に、水と銅アセチルアセトナト錯体を加え、いったん有機銅化合物を加熱溶解させ、次に、反応に必要な水を後添加し、さらに昇温して有機銅の還元温度で加熱する加熱還元する方法。
 (2)有機銅化合物(銅-N-ニトロソフェニルヒドロキシアミン錯体)を、ヘキサデシルアミンなどの保護材存在下、不活性雰囲気中で、300℃程度の高温で加熱する方法。
 (3)水溶液に溶解した銅塩をヒドラジンで還元する方法。
 この中では(3)の方法は操作が簡便で、かつ、平均粒子径の小さい酸化第一銅が得られるので好ましい。この反応において、温度と時間を制御することで、酸化銅インク中の還元剤含有量を制御することができ、酸化銅インクの貯蔵安定性をより良くすることが可能となる。
 合成終了後、合成溶液と酸化第一銅の分離を行うが、遠心分離などの既知の方法を用いればよい。また、得られた酸化第一銅を後述の分散剤、分散媒を加えホモジナイザーなど既知の方法で攪拌し分散する。特に、窒素雰囲気などの不活性雰囲気下で分散を行うことにより、得られた酸化第一銅に含まれるヒドラジンなどの還元剤の、酸素や水分などによる分解を防ぐことができる。このようにして得られた酸化銅を有する分散体は、後述の方法で銅粒子などと混合してもよく、本実施の形態の酸化銅インクとすることができる。この酸化銅インクが印刷、塗布に用いられる。
 また、分散媒は、炭素数7以下のモノアルコールであることが好ましい。これにより、酸化銅の分散性の低下を抑制するため、さらに分散剤との相互作用において、より安定に酸化銅を分散させる。また、抵抗値も低くなる。
 また、分散媒の酸化銅インク中の含有量が30質量%以上、95質量%以下であることが好ましい。これにより、低温焼成が可能になる。また、プラズマや光、レーザ光を用いて焼成処理を行うことができるため、酸化銅中の有機物が分解され、酸化銅の焼成が促進されて抵抗の低い導電膜を形成できるとともに、分散安定性が向上する。
[(2)分散剤]
 次に分散剤について説明する。本件における分散剤は、銅インクの中で酸化銅の分散性を高める。分散剤としては、例えば、リン含有有機物が挙げられる。リン含有有機物は酸化銅に吸着してもよく、この場合立体障害効果により凝集を抑制する。また、リン含有有機物は、絶縁領域において電気絶縁性を示す材料である。リン含有有機物は、単一分子であってよいし、複数種類の分子の混合物でもよい。
 分散剤の数平均分子量は、特に制限はないが、例えば300~300000であることが好ましい。300以上であると、絶縁性に優れ、得られる酸化銅インクの分散安定性が増す傾向があり、300000以下であると、焼成しやすい。また、構造としては酸化銅に親和性のある基を有する高分子量共重合物のリン酸エステルが好ましい。例えば、化学式(1)の構造は、酸化銅、特に酸化第一銅と吸着し、また基板への密着性にも優れるため、好ましい。その他にもリン含有有機化合物として以下の化合物を利用することができる。ホスフィン類、ホスフィンオキシド類、ホスホン酸エステル類、亜リン酸エステル類、リン酸エステル類等を利用できる。
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 化学式(1)中、lは1~20の整数、好ましくは1~15の整数、より好ましくは1~10の整数であり、mは1~20の整数、好ましくは1~15の整数、より好ましくは1~10の整数であり、nは1~20の整数、好ましくは1~15の整数、より好ましくは1~10の整数である。この範囲とすることで、酸化銅の分散性を高めつつ、さらに分散媒に分散剤が可溶となる。
 分散剤としては前記したものに加え以下の公知のものも用いることができ、例えば、長鎖ポリアミノアマイドと極性酸エステルの塩、不飽和ポリカルボン酸ポリアミノアマイド、ポリアミノアマイドのポリカルボン酸塩、長鎖ポリアミノアマイドと酸ポリマーの塩などの塩基性基を有する高分子が挙げられる。また、アクリル系ポリマー、アクリル系共重合物、変性ポリエステル酸、ポリエーテルエステル酸、ポリエーテル系カルボン酸、ポリカルボン酸などの高分子のアルキルアンモニウム塩、アミン塩、アミドアミン塩などが挙げられる。このような分散剤としては、市販されているものを使用することもできる。
 上記市販品としては、例えば、DISPERBYK(登録商標)―101、DISPERBYK―102、DISPERBYK-110、DISPERBYK―111、DISPERBYK―112、DISPERBYK-118、DISPERBYK―130、DISPERBYK―140、DISPERBYK-142、DISPERBYK―145、DISPERBYK―160、DISPERBYK―161、DISPERBYK―162、DISPERBYK―163、DISPERBYK―2155、DISPERBYK―2163、DISPERBYK―2164、DISPERBYK―180、DISPERBYK―2000、DISPERBYK―2025、DISPERBYK―2163、DISPERBYK―2164、BYK―9076、BYK―9077、TERRA-204、TERRA-U(以上ビックケミー社製)、フローレンDOPA-15B、フローレンDOPA-15BHFS、フローレンDOPA-22、フローレンDOPA-33、フローレンDOPA-44、フローレンDOPA-17HF、フローレンTG-662C、フローレンKTG-2400(以上共栄社化学社製)、ED-117、ED-118、ED-212、ED-213、ED-214、ED-216、ED-350、ED-360(以上楠本化成社製)、プライサーフM208F、プライサーフDBS(以上第一工業製薬製)などを挙げることができる。これらは単独で用いてもよいし、複数を混合して用いてもよい。
 リン含有有機物は、光や熱によって分解又は蒸発しやすいことが好ましい。光や熱によって分解又は蒸発しやすい有機物を用いることによって、焼成後に有機物の残渣が残りにくくなり、抵抗率の低い導電性パターン領域を得ることができる。
 リン含有有機物の分解温度は、限定されないが、600℃以下であることが好ましく、400℃以下であることがより好ましく、200℃以下であることがさらに好ましい。リン含有有機物の沸点は、限定されないが、300℃以下であることが好ましく、200℃以下であることがより好ましく、150℃以下であることがさらに好ましい。
 リン含有有機物の吸収特性は、限定されないが、焼成に用いる光を吸収できることが好ましい。例えば、焼成のための光源としてレーザ光を用いる場合は、その発光波長の、例えば355nm、405nm、445nm、450nm、532nm、1056nmなどの光を吸収するリン含有有機物を用いることが好ましい。基板が樹脂の場合、特に好ましくは、355nm、405nm、445nm、450nm、532nmの波長である。
 分散剤の必要量は、酸化銅の量に比例し、要求される分散安定性を考慮し調整する。本実施形態の酸化銅インクに含まれる分散剤の質量比率(分散剤質量/酸化銅質量)は、0.0050以上0.30以下であり、好ましくは、0.050以上0.30以下であり、より好ましくは0.10以上0.30以下であり、さらに好ましくは0.20以上0.30以下、さらにより好ましくは0.20以上0.25以下である。分散剤の量は分散安定性に影響し、量が少ないと凝集しやすく、多いと分散安定性が向上する傾向がある。但し、本実施形態の酸化銅インクにおける分散剤の含有率を35質量%以下にすると、焼成して得られる導電膜において分散剤由来の残渣の影響を抑え、導電性を向上できる。
 分散剤の酸価(mgKOH/g)は20以上、130以下が好ましい。分散剤の酸価は、より好ましくは25以上120以下であり、さらに好ましくは36以上110以下、さらにより好ましくは36以上101以下である。この範囲に入ると分散安定性に優れるため好ましい。特に平均粒子径が小さい酸化銅の場合に有効である。具体的には、ビックケミ―社製「DISPERBYK―102」(酸価101)、「DISPERBYK-140」(酸価73)、「DISPERBYK-142」(酸価46)、「DISPERBYK-145」(酸価76)、「DISPERBYK-118」(酸価36)、「DISPERBYK-180(酸価94)などが挙げられる。
 また、分散剤のアミン価(mgKOH/g)と酸価の差(アミン価-酸価)は-50以上0以下であることが好ましい。アミン価は、遊離塩基、塩基の総量を示すものであり、酸価は、遊離脂肪酸、脂肪酸の総量を示すものである。アミン価、酸価はJIS K 7700あるいはASTM D2074に準拠した方法で測定する。-50以上0以下だと分散安定性に優れるため、好ましい。より好ましくは-40以上0以下であり、さらに好ましくはー20以上0以下である。
 酸化銅インクに含まれる分散剤のアミン価、酸価は次の方法で測定可能である。酸化銅インクを液体クロマトグラフィー等で成分分取し、上述の方法でアミン価、酸価を測定できる。
[(3)還元剤]
 次に還元剤について説明する。本件の還元剤とは、酸化銅を還元して、銅にする。この銅を還元銅という。
 還元剤としては、ヒドラジン、ヒドラジン水和物、ヒドラジン誘導体、ナトリウム、カーボン、ヨウ化カリウム、シュウ酸、硫化鉄(II)、チオ硫酸ナトリウム、アスコルビン酸、塩化スズ(II)、水素化ジイソブチルアルミニウム、蟻酸、水素化ホウ酸ナトリウム、亜硫酸塩などが挙げられる。これら材質から、少なくとも1つを含むことが好ましい。これにより、酸化銅の貯蔵安定性が向上するとともに、還元を促進することから導電膜の抵抗が低下する。
 ヒドラジン誘導体としては、ヒドラジン塩類、アルキルヒドラジン類、ピラゾール類、トリアゾール類、ヒドラジド類などが挙げられる。ヒドラジン塩類としては、モノ塩酸ヒドラジン、ジ塩酸ヒドラジン、モノ臭化水素酸ヒドラジン、炭酸ヒドラジンなどが挙げられ、ピラゾール類としては、3,5-ジメチルピラゾール、3-メチル-5-ピラゾロンなどが挙げられ、トリアゾール類としては、4-アミノ-1,2,4-トリアゾール、1,2,4-トリアゾール、1,2,3-トリアゾール、1-ヒドロキシベンゾトリアゾール、3-メルカプト-1,2,4-トリアゾールなどが挙げられ、ヒドラジド類としては、アジピン酸ジヒドラジド、セバシン酸ジヒドラジド、ドデカンジオヒドラジド、イソフタル酸ジヒドラジド、プロピオン酸ヒドラジド、サリチル酸ヒドラジド、3-ヒドロキシ-2-ナフトエ酸ヒドラジド、ベンゾフェノンヒドラゾンなどが挙げられる。上記のように、ヒドラジン誘導体には、アルキルヒドラジン等のヒドラジン骨格誘導体を用いることができる。焼成において、酸化銅、特に酸化第一銅の還元に寄与し、より抵抗の低い銅膜を作製することができる観点から、還元剤は、ヒドラジンまたはヒドラジン水和物が最も好ましい。また、ヒドラジンまたはヒドラジン水和物を用いることにより、酸化銅の貯蔵安定性が向上するとともに、還元を促進することから導電膜の抵抗が低下する。
 なお、還元剤として、原料にヒドラジン水和物を用い、結果物としての酸化銅インクではヒドラジンとして検出されてもよい。このように、原料と、結果物としての酸化銅インク、或いは、酸化銅インクを用いた塗膜とに含まれるヒドラジンの形態が異なっていてもよい。ヒドラジン以外の還元剤を用いた場合も同様である。
 還元剤の必要量は酸化銅の量に比例し、要求される還元性を考慮し調整する。本実施の形態の酸化銅インクに含まれる還元剤の質量比率(還元剤質量/酸化銅質量)は、0.00010以上0.10以下が好ましく、より好ましくは0.0010以上0.050以下、さらに好ましくは0.0010以上0.030以下、さらに好ましくは0.0020以上0.030以下、さらにより好ましくは0.0040以上0.030以下である。還元剤の質量比率は、0.00010以上であると貯蔵安定性が向上し、かつより還元が進み銅膜の抵抗が低下する。更に、本実施の形態では、還元剤含有量を上記式(1)とすることで、貯蔵安定性をより向上させることができる。また、0.10以下であると酸化銅インクの長期安定性が向上する。
 本実施の形態においては、酸化銅インクに、ヒドラジン等の還元剤を含ませている。本実施の形態では、窒素雰囲気などの不活性雰囲気と併せて、例えば後述するように、時間及び温度条件を調整することで、酸化銅インクに還元剤を、上記した式(1)の範囲で、還元剤を含ませることができる。
[その他成分]
 本実施の形態の酸化銅インクは、上述の構成成分の他に、分散媒(溶媒)が含まれていてもよい。
 本実施の形態に用いられる分散媒は、分散という観点から分散剤の溶解が可能なものの中から選択する。一方、酸化銅インクを用いて導電性パターンを形成するという観点からは、分散媒の揮発性が作業性に影響を与えるため、導電性パターンの形成方法、例えば印刷や塗布の方式に適するものである必要がある。従って、分散媒は分散性と印刷や塗布の作業性に合わせて下記の溶剤から選択すればよい。
 分散媒の具体例としては、以下の溶剤を挙げることができる。水、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、3-メトキシ-3-メチル-ブチルアセテート、エトキシエチルプロピオネート、プロピ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エチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールターシャリーブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールブチルエーテル、エチレングリコールエチルエーテル、エチレングリコールメチルエーテル、エチレングリコール、1,2-プロピレングリコール、1,3-ブチレングリコール、2-ペンタンジオール、2-メチルペンタン-2,4-ジオール、2,5-ヘキサンジオール、2,4-ヘプタンジオール、2-エチルヘキサン-1,3-ジオール、ジエチレングリコール、ヘキサンジオール、オクタンジオール、トリエチレングリコール、トリ-1,2-プロピレングリコール、グリセロール、エチレングリコールモノヘキシルエーテル、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ブチルエーテル、エチレングリコールモノブチルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、メタノール、エタノール、n-プロパノール、i-プロパノール、n-ブタノール、i-ブタノール、2-ブタノール、t-ブタノール、n-ペンタノール、i-ペンタノール、2-メチルブタノール、2-ペンタノール、t-ペンタノール、3-メトキシブタノール、n-ヘキサノール、2-メチルペンタノール、1-ヘキサノール、2-ヘキサノール、2-エチルブタノール、1-ヘプタノール、2-ヘプタノール、3-ヘプタノール、n-オクタノール、2-エチルヘキサノール、2-オクタノール、n-ノニルアルコール、2、6ジメチル-4-ヘプタノール、n-デカノール、シクロヘキサノール、メチルシクロヘキサノール、3、3、5-トリメチルシクロヘキサノール、ベンジルアルコール、ジアセトンアルコールなどが挙げられる。これらに具体的に記載したもの以外にも、アルコール、グリコール、グリコールエーテル、グリコールエステル類溶剤を分散媒に用いることができる。これらは単独で用いてもよいし、複数を混合して用いてもよく、印刷方式に応じ蒸発性や、印刷機材、被印刷基板の耐溶剤性を考慮し選択する。
 分散媒として、水もしくは炭素数10以下のモノアルコールがより好ましく、さらに炭素数7以下が好ましい。炭素数7以下のモノアルコール中でも、エタノール、n-プロパノール、i-プロパノール、n-ブタノール、i-ブタノール、sec-ブタノール、t-ブタノールが分散性、揮発性及び粘性が特に適しているのでさらに好ましい。これらのモノアルコールを単独で用いてもよいし、複数を混合して用いてもよい。酸化銅の分散性の低下を抑制するため、さらに分散剤との相互作用により、より安定に分散させるためにもモノアルコールの炭素数は7以下であることが好ましい。また、炭素数7以下を選択すると抵抗値も低くなり好ましい。
 ただし、沸点は酸化銅インクの作業性に影響を与える。沸点が低すぎれば揮発が速いため、固形物の析出による欠陥の増加や清掃頻度の増大により作業性が悪化する。このため、塗布、ディスペンサー方式では沸点が40℃以上、インクジェット方式、スクリーン方式、オフセット方式では120℃以上、より好ましくは150℃以上、さらに好ましくは200℃以上がよく、沸点の上限としては、乾燥の観点から300℃以下が好ましい。
 分散媒の含有量は酸化銅インク全体の中で30質量%以上、95質量%以下が好ましく、40質量%以上、95質量%以下がさらに好ましく、50質量%以上、90質量%以下がさらにより好ましく、50質量%以上70質量%以下が最も好ましい。
[還元剤の調整方法]
 本実施の形態では、既述の<本実施の形態の酸化銅インクの概要>に記載したように、酸化銅インク中に、ヒドラジン等の還元剤を所定量含ませることに特徴的部分がある。このように、酸化銅インク中に、所定量の還元剤を含ませる調整方法としては、以下の方法を提示することができる。
(A) まず第一の方法は、酸化銅に還元剤を添加する方法である。酸化銅、分散剤、必要に応じて分散媒といった組成物の混合物(分散体)に還元剤を添加する方法である。還元剤は、各要素と同時に添加してもよいし、各要素を順番に添加する中の一つとしても構わない。この際、用いる酸化銅を酢酸銅から還元したものを利用するケースもあるため、事前に酸化銅中の還元剤を定量した後、還元剤を添加することが好ましい。例えば、後述する図3中(d)と図3中(e)との間で、UF膜モジュールによる濃縮及び希釈を繰り返し、溶媒を置換し、酸化銅微粒子を含有する分散体を得るような場合は、還元剤を分散体に添加して、還元剤含有量を調整することができる。
(B) 次に第二の方法を記載する。第二の方法は、上記したように酸化銅を酢酸銅から生成する場合に酢酸銅の還元のために添加する還元剤をインクにも引き続き利用する方法である。この時に、反応温度と反応時間によって制御することが好ましい。通常、酸化銅を酢酸銅から生成する場合、反応温度と反応時間に依存するが、還元剤は消費される。また、還元剤が残った場合は、濃縮希釈を繰り返すことによって積極的に除去される。これに対して本方法では、反応温度及び反応時間を適宜選択することにより還元剤含有量を制御し、さらに溶媒を用いた濃縮希釈を行わず、未反応の還元剤をそのままインクに利用するものである。加えて、還元剤の中でも、ヒドラジンは非常に不安定である為、酢酸銅から銅への反応系を窒素等の不活性雰囲気下で行い、かつ、攪拌も窒素雰囲気で行うことが好ましい。以下、手順を詳細に記載する。
 本実施の形態では、ヒドラジン等の還元剤を粒子合成時の反応原料として用い、還元剤を反応後も残すことが特徴である。その一例であるが、例えば酢酸銅を溶かした溶液に、ヒドラジン等の還元剤を、第1の時間をかけて窒素雰囲気下で投入攪拌し、第2の時間をかけて窒素雰囲気下で撹拌して、酸化第一銅を得る。第1の時間、第2の時間の中で、所定温度に調整することが好ましい。その後、遠心分離等で上澄み液と酸化第一銅を含む沈殿物に分離し、得られた沈殿物に、分散剤等を加えて、窒素雰囲気下でホモジナイザーを用いて分散し、酸化銅インクを得る。
 上記した還元剤を投入する第1の時間は、5.0分~60分程度であることが好ましい。第1の時間の温度は、-10℃~10℃であることが好ましい。また、撹拌の際の第2の時間は、30分~120分程度であることが好ましい。また、撹拌の際の所定温度は、10℃~40℃であることが好ましい。例えば、撹拌の際、外部温調器等を用いて途中で温度を変えることができる。
 分散処理の方法としては、ホモジナイザーであることが好ましいが、ホモジナイザーに限定するものでなく、例えば超音波、ボールミル、ビーズミル、ミキサーであってもよい。
 また、本実施の形態では、酸化銅、分散剤、及び還元剤等を含有した分散液を、ホモジナイザーなど既知の方法で攪拌し分散する際、窒素雰囲気などの不活性雰囲気下で行う。
 本実施の形態では、不活性雰囲気とは、窒素雰囲気であることが好ましいが、窒素雰囲気以外にアルゴン雰囲気、ヘリウム雰囲気であってもよい。これらの不活性ガスを複数種、含む雰囲気下で撹拌し分散してもよい。
 また、本実施の形態では、ヒドラジン等の還元剤を、例えば、上記したように、得られた沈殿物に、分散剤を加える際、又は、酸化銅インクを得た後に、添加することも可能である。これにより、還元剤含有量を精度よく調整することができる。このとき、酸化銅インクに含まれる酸化第一銅は、上記沈殿物であってもよいし、市販品であってもよい。
 以上により、上記に記載した式(1)のヒドラジン等の還元剤を含ませることができる。
 なお、本実施の形態では、還元剤として、ヒドラジン、ヒドラジン誘導体あるいはヒドラジン水和物であることが好ましい。また、これらヒドラジンに、別の還元剤を含んでいてもよい。また、ヒドラジン、ヒドラジン誘導体あるいはヒドラジン水和物以外の還元剤を用いる場合も、上記に挙げた還元剤の調整方法に準じて調整することで、式(1)の還元剤含有量を含ませることができる。
 本実施の形態では、サロゲート法により、還元剤の定量を可能とする。従来、ベンズアルデヒドをヒドラジン等の還元剤に反応させ、誘導体化した後にガスクロマトグラフィーで定量していた。しかしながら、この定量方法では、還元剤の定量を阻害する酸化銅ナノ粒子が存在すると、還元剤を定量することは困難であった。また、定量操作中に、ヒドラジン等の還元剤が大気中の酸素で分解する場合があり、還元剤を定量することが困難だった。そこで本発明者らは、定量の前処理において、酸によって酸化銅をイオン化し定量の阻害要因を解消した。さらにサロゲート物質を利用して、定量操作中のヒドラジン等の還元剤の分解のばらつきを補正するサロゲート法により、定量が困難だった還元剤の定量が可能となった。
[酸化銅と銅を含む分散体(酸化銅インク)の調整]
 酸化第一銅と銅粒子を含む分散体、すなわち酸化銅インクは、前述の酸化銅分散体に、銅微粒子、必要に応じ分散媒を、それぞれ所定の割合で混合し、例えば、ミキサー法、超音波法、3本ロール法、2本ロール法、アトライター、ホモジナイザー、バンバリーミキサー、ペイントシェイカー、ニーダー、ボールミル、サンドミル、自公転ミキサーなどを用いて分散処理することにより調整することができる。
 分散媒の一部は既に作成した酸化銅分散体に含まれているため、この酸化銅分散体に含まれている分で充分な場合はこの工程で添加する必要はなく、粘度の低下が必要な場合は必要に応じこの工程で加えればよい。もしくはこの工程以降で加えてもよい。分散媒は前述の酸化銅分散体作製時に加えたものと同じものでも、異なるもの加えてもよい。
 この他に必要に応じ、有機バインダ、酸化防止剤、還元剤、金属粒子、金属酸化物を加えてもよく、不純物として金属や金属酸化物、金属塩及び金属錯体を含んでもよい。
 また、針金状、樹枝状、鱗片状銅粒子はクラック防止効果が大きいため、単独であるいは球状、サイコロ状、多面体などの銅粒子や他の金属と複数組み合わせて加えてもよく、その表面を酸化物や他の導電性のよい金属、例えば銀などで被覆してもよい。
 なお銅以外の金属粒子で、形状が針金状、樹枝状、鱗片状の一種もしくは複数を加える場合、同様な形状の銅粒子と同様にクラック防止効果を有するため、同様の形状の銅粒子の一部との置き換え、もしくは同様の形状の銅粒子に追加して使うこともできるが、マイグレーション、粒子強度、抵抗値、銅食われ、金属間化合物の形成、コストなどを考慮する必要がある。銅以外の金属粒子としては、例えば金、銀、錫、亜鉛、ニッケル、白金、ビスマス、インジウム、アンチモンを挙げることができる。
 金属酸化物粒子としては、酸化第一銅を酸化銀、酸化第二銅など置き換え、もしくは追加して使うことができる。しかしながら、金属粒子の場合と同様に、マイグレーション、粒子強度、抵抗値、銅食われ、金属間化合物の形成、コストなどを考慮する必要がある。これら金属粒子および金属酸化物粒子の添加は、導電膜の焼結、抵抗、導体強度、光焼成の際の吸光度などの調整に用いることができる。これらの金属粒子および金属酸化物粒子を加えても、針金状、樹枝状、鱗片状銅粒子の存在により、クラックは充分抑制される。これらの金属粒子および金属酸化物粒子は単独でもしくは二種類以上組み合わせて用いてもよく、形状の制限は無い。例えば銀や酸化銀は、抵抗低下や焼成温度低下などの効果が期待される。
 しかしながら、銀は貴金属類でありコストがかさむことや、クラック防止の観点から、銀の添加量は、針金状、樹枝状、鱗片状銅粒子を超えない範囲が好ましい。また、錫は安価であり、また融点が低いため焼結しやすくなるという利点を有する。しかしながら、抵抗が上昇する傾向があり、クラック防止の観点からも、錫の添加量は針金状、樹枝状、鱗片状銅粒子と酸化第一銅を超えない範囲が好ましい。酸化第二銅はフラッシュランプやレーザなどの光や赤外線を用いた方法では光吸収剤、熱線吸収剤として働く。しかしながら、酸化第二銅は酸化第一銅より還元し難いこと、還元時のガス発生が多いことによる基板からの剥離を防ぐ観点から、酸化第二銅の添加量は酸化第一銅より少ない方が好ましい。
 本実施の形態においては、銅以外の金属や針金状、樹枝状、鱗片状以外の銅粒子、酸化銅以外の金属酸化物を含んでいても、クラック防止効果、抵抗の経時安定性向上効果は発揮される。しかしながら、銅以外の金属や針金状、樹枝状、鱗片状以外の銅粒子、並びに酸化銅以外の金属酸化物の添加量としては針金状、樹枝状、鱗片状の銅粒子と酸化銅より少ない方が好ましい。また、針金状、樹枝状、鱗片状の銅粒子と酸化銅に対する、銅以外の金属や針金状、樹枝状、鱗片状以外の銅粒子、酸化銅以外の金属酸化物の添加割合は50%以下、より好ましくは30%以下、さらに好ましくは10%以下がよい。
<本実施の形態の塗膜を含む製品の概要>
 本発明者らは、上記した酸化銅インクを用いた、塗膜を含む製品を開発するに至った。すなわち、酸化銅インクを構成する成分は、塗膜の成分として含まれる。したがって、塗膜は、以下の構成を備えている。
(E)塗膜は、酸化銅及び分散剤とともに、ヒドラジン等の還元剤を含む。
(F)還元剤の質量比率(還元剤質量/酸化銅質量)は、0.00010以上0.10以下である。
(G)分散剤の質量比率(分散剤質量/酸化銅質量)は、0.0050以上0.30以下である。
 上記(E)に示すように、塗膜中にヒドラジン等の還元剤を有することで、焼成において、酸化銅の還元に寄与し、より抵抗の低い銅膜を作製することができる。
 上記(F)に記載の還元剤の質量比率(還元剤質量/酸化銅質量)は、より好ましくは0.0010以上0.050以下、より好ましくは0.0010以上0.030以下、さらに好ましくは0.0020以上0.030以下、さらにより好ましくは0.0040以上0.030以下である。還元剤の質量比率は、0.00010以上であると、貯蔵安定性が向上し、かつ、還元が進むため、塗膜を焼成して得られる導電膜の抵抗が低下する。また、0.10以下であると、導電膜としての抵抗の安定性が向上する。
 上記(G)に記載の分散剤の質量比率(分散剤質量/酸化銅質量)は、より好ましくは0.050以上0.30以下であり、さらに好ましくは0.10以上0.30以下であり、さらにより好ましくは0.20以上0.30以下、さらにより好ましくは0.20以上0.25以下である。分散剤の量は分散安定性に影響し、量が少ないと凝集しやすく、多いと分散安定性が向上する傾向がある。本実施の形態では、(G)の範囲とすることで、塗膜中の酸化銅の分散性を向上させることができる。また、本実施の形態の塗膜における分散剤の含有率を35質量%以下にすると、焼成して得られる導電膜において分散剤由来の残渣の影響を抑え、導電性を向上できる。
 分散剤の酸価(mgKOH/g)は20以上、130以下が好ましく、25以上120以下がより好ましく、36以上110以下がさらに好ましく、36以上101以下がさらにより好ましい。この範囲に入ると分散安定性に優れるため好ましい。特に平均粒子径が小さい酸化銅の場合に有効である。分散剤としては、具体的には、ビックケミ―社製「DISPERBYK―102」(酸価101)、「DISPERBYK-140」(酸価73)、「DISPERBYK-142」(酸価46)、「DISPERBYK-145」(酸価76)、「DISPERBYK-118」(酸価36)、「DISPERBYK-180(酸価94)などが挙げられる。
 塗膜中での酸化第一銅を含む微粒子の平均粒子径は、3.0nm以上、50nm以下、さらに好ましくは5.0nm以上40nm以下、もっとも好ましくは10nm以上、29nm以下である。平均粒子径が50nm以下だと基板上に微細パターンを形成し易い傾向があるので好ましい。平均粒子径が3.0nm以上であれば、塗膜としての抵抗の安定性を向上させることができる。
 次に、塗膜中の還元剤について説明する。還元剤としては、ヒドラジン、ヒドラジン水和物、ヒドラジン誘導体、ナトリウム、カーボン、ヨウ化カリウム、シュウ酸、硫化鉄(II)、チオ硫酸ナトリウム、アスコルビン酸、塩化スズ(II)、水素化ジイソブチルアルミニウム、蟻酸、水素化ホウ酸ナトリウム、亜硫酸塩などが挙げられる。ヒドラジン誘導体としては、ヒドラジン塩類、アルキルヒドラジン類、ピラゾール類、トリアゾール類、ヒドラジド類などが挙げられる。ヒドラジン塩類としては、モノ塩酸ヒドラジン、ジ塩酸ヒドラジン、モノ臭化水素酸ヒドラジン、炭酸ヒドラジンなどが挙げられ、ピラゾール類としては、3,5-ジメチルピラゾール、3-メチル-5-ピラゾロンなどが挙げられ、トリアゾール類としては、4-アミノ-1,2,4-トリアゾール、1,2,4-トリアゾール、1,2,3-トリアゾール、1-ヒドロキシベンゾトリアゾール、3-メルカプト-1,2,4-トリアゾールなどが挙げられ、ヒドラジド類としては、アジピン酸ジヒドラジド、セバシン酸ジヒドラジド、ドデカンジオヒドラジド、イソフタル酸ジヒドラジド、プロピオン酸ヒドラジド、サリチル酸ヒドラジド、3-ヒドロキシ-2-ナフトエ酸ヒドラジド、ベンゾフェノンヒドラゾンなどが挙げられる。上記のように、ヒドラジン誘導体には、アルキルヒドラジン等のヒドラジン骨格誘導体を用いることができる。焼成において、酸化銅、特に酸化第一銅の還元に寄与し、より抵抗の低い銅膜を作製することができる観点から、還元剤は、ヒドラジンまたはヒドラジン水和物が最も好ましい。また、ヒドラジンまたはヒドラジン水和物を用いることにより、酸化銅インクの貯蔵安定性を維持し、還元が進むため、結果的に導電膜の抵抗を低くできる。
 本実施の形態の塗膜は、フィルム基板、ガラス基板、成形加工物など様々な材料、加工品に作製できる。本膜に別な樹脂層を重ねてもよい。
 本実施の形態の塗膜を含む製品は、以下の構成を含むことが好ましい。
(H)酸化第一銅と、分散剤と、還元剤とを含むこと。
(I)分散剤が、酸価が、20以上、130以下であり、リン含有有機物であり、前記分散剤の含有量が下記式(1)の範囲であること、
(J)還元剤が、ヒドラジン及びヒドラジン水和物から選ばれる少なくとも1つを含み、前記還元剤の含有量が下記式(2)の範囲であること。
  0.00010≦(還元剤質量/酸化銅質量)≦0.10 (1)
  0.0050≦(分散剤質量/酸化銅質量)≦0.30 (2)
 この構成により、酸化第一銅に対する還元剤及び分散剤の質量の範囲を限定することで、塗膜を焼成した際の導電膜の抵抗を効果的に低下させることができる。
 また、本実施の形態の塗膜を含む製品では、酸化第一銅と、分散剤と、還元剤と、更に、分散媒を含むことが好ましい。
 このとき、分散媒は、以下の構成であることが好ましい。
(K)分散媒が炭素数7以下のモノアルコールであり、前記分散媒の酸化銅インク中の含有量が30質量%以上、95質量%以下であること。
 この構成により、塗膜に対する低温焼成が可能になる。また、プラズマや光、レーザ光を用いて焼成処理を行うことができるため、酸化銅中の有機物が分解され、酸化銅の焼成が促進されて抵抗の低い導電膜を形成できるとともに、分散安定性が向上する。
<本実施の形態の導電性基板の概要>
 本発明者らは、上記した酸化銅インクを用いることで、導電性に優れた導電性基板を開発するに行った。すなわち、本実施の形態の酸化銅インクを用いて形成されたパターン、或いは塗膜に対し焼成処理を行うことで、導電性基板を得ることができる。
[導電性基板の構成]
 本実施の形態に係る酸化銅インクを用いた際、焼成の方法により、2種類の導電性基板を得ることができる。基板上に上記の酸化銅インクで塗膜を形成し、酸化銅インクの酸化銅粒子をレーザ照射で焼成することで、図2Aの導電性基板を得ることができる。基板上に酸化銅インクで所望のパターンを印刷し、これをプラズマで焼成することで、図2Bの導電性基板を得ることができる。
 図2Aに示すように、導電性基板10は、基板11と、基板11が構成する面上に、断面視において、酸化銅及びリン含有有機物を含む絶縁領域12と、酸化銅が焼成で還元された還元銅を含む導電性パターン領域13と、が互いに隣接して配置された層14と、を具備していてもよい。導電性パターン領域13は、銅配線を構成する。導電性パターン領域13には、分散剤としてのリン含有有機物に由来するリン元素が含まれている。導電性パターン領域13は、分散体としての酸化銅インクを焼成することにより形成されるため、焼成の工程で酸化銅インクに含まれる有機バインダ等の有機物が分解され、得られる導電性パターン領域13において、ハンダのぬれ性が高くなる。よって、導電性パターン領域13の表面には、酸化銅インクを用いずに形成された導電性パターンと比べて、後述するハンダ層が容易に形成でき、電子部品のハンダ付けが容易である。絶縁領域12は、酸化銅、分散剤としてのリン含有有機物、及び、還元剤としてのヒドラジン、或いはヒドラジン水和物を含むことが好ましい。
 図2Bに示すように、導電性基板10は、基板11と、基板11が構成する面上に、断面視において、還元銅を含む導電性パターン領域13と、を具備していてもよい。導電性パターン領域13は、銅配線を構成する。導電性パターン領域13には、リン元素が含まれていることが好ましい。導電性パターン領域13は、酸化銅インクの焼成の工程で、酸化銅インクに含まれる有機バインダ等の有機物が効果的に分解されるため、導電性パターン領域13において、ハンダのぬれ性が効果的に高くなる。よって、導電性パターン領域13の表面には、ハンダ層がより容易に形成できる。
 また、導電性パターン領域13には、焼成の工程で、還元されなかった酸化銅粒子としての例えば酸化第一銅が一部含まれていてもよい。導電性パターン領域13には、還元銅とともに、酸化銅インクの銅粒子が含まれていてもよく、また、スズが含まれていてもよい。また、絶縁領域12及び導電性パターン領域13には、ボイドが含まれていてもよい。導電性パターン領域13にボイド(空隙)があることで、そこにハンダが入り込み、導電性パターン領域13とハンダ層との密着性が向上する。ちなみに、ハンダとはスズを含む金属をいう。
 また、絶縁領域12と導電性パターン領域13とが隣接する層14は、層内では、電気導電性、粒子状態(焼成と未焼成)等が、基板の面上に沿って漸次的に変化してもよいし、絶縁領域12と導電性パターン領域13との間に境界(界面)が存在していてもよい。
 この場合、例えば、図2Cに示すように、導電性層18においては、基板11の表面に、焼成の工程で還元されなかった、酸化銅粒子としての例えば酸化第一銅が含まれる酸化第一銅含有層17が形成されていてもよい。酸化第一銅含有層17の表面には、酸化銅粒子が還元された還元銅を含む導電性層18が形成される。このように、酸化第一銅含有層17が形成されることで、基板11と導電性層18との密着性が向上するため、好ましい。酸化第一銅含有層17の層厚みは、基板11と導電性層18との密着性の観点から、0.0050μm以上、8.0μm以下が好ましく、0.050μm以上、5.0μm以下がより好ましく、0.10μm以上、3.0μm以下が更により好ましく、0.20μm以上、1.0μm以下が特に好ましい。
 また、図2Dに示すように、導電性層18には、酸化銅粒子が還元された還元銅(Cu)とともに、酸化銅インクの銅粒子(Cu)が含まれていてもよい。また、導電性層18には、ボイドが含まれていてもよい。導電性層18にボイドがあることで、ハンダに含まれるスズ(Sn)がボイドに入り込む。これにより、導電性層18とハンダ層との密着性が向上する。さらに、銅(Cu)の周辺に、還元銅(Cu)があることで、導電性層18とスズ(Sn)との密着性がさらに増す。このときの還元銅(Cu)の粒子径は、5~20nmであることが好ましい。
 また、導電性パターン領域13及び導電性層18に含まれる銅のグレインサイズは、0.10μm以上100μm以下であることが好ましく、0.50μm以上50μm以下がさらに好ましく、1.0μm以上10μm以下が特に好ましい。ここで、グレインサイズとは、焼成した後の金属の大きさのことを言う。これにより、導電性パターン領域13及び導電性層18とハンダ層の密着性が高くなる。
 また、導電性パターン領域13及び導電性層18の表面の表面粗さ(算術平均粗さRa)は、20nm以上500nm以下が好ましく、50nm以上300nm以下がより好ましく、50nm以上200nm以下がさらに好ましい。これにより、導電性パターン領域13及び導電性層18にハンダ層がのりやすく、導電性パターン領域13及び導電性層18とハンダ層との密着性が高くなる。また、導電性パターン領域13及び導電性層18に重ねて樹脂層を形成したとき、樹脂層の一部が、導電性パターン領域13及び導電性層18の表面の凹凸部に侵入し、密着性を向上させることができる。
 図2のように導電性パターン領域13または導電性層18を形成することにより、線幅が0.10μm以上、1.0cm以下の配線を描くことができ、銅配線またはアンテナとして利用できる。上記の酸化銅インクに含まれる酸化銅粒子のナノ粒子の特長をいかし、導電性パターン領域13または導電性層18の線幅は、0.50μm以上、10000μm以下であることがより好ましく、1.0μm以上、1000μm以下であることが更に好ましく、1.0μm以上、500μm以下であることが更により好ましく、1.0μm以上、100μm以下であることが一層より好ましく、1.0μm以上、5.0μm以下が特に好ましい。線幅が5.0μm以下であると、配線としての導電性パターン領域13または導電性層18の視認ができなくなるため、意匠性の観点から好ましい。
 また、導電性パターンは、メッシュ形状に形成されていてもよい。メッシュ状とは格子状の配線のことで、透過率が高くなり、透明になるため好ましい。
 本実施の形態で用いられる基板は、酸化銅インクの塗膜を形成する表面を有するものであって、板形状を有していてもよく、立体物であってもよい。本実施の形態においては、立体物が構成する曲面又は段差等を含む面に導電性パターンを形成することもできる。本実施の形態における基板は、配線パターンを形成するための回路基板シートの基板材料、または配線付き筐体の筐体材料等を意味する。
 また、層14または導電性パターン領域13を覆うようにして光線透過性の樹脂層(不図示)が設けられていてもよい。樹脂層は、後述の導電性基板10の製造方法において、光照射の際に塗膜が酸素に触れるのを防止し、酸化銅の還元を促進できる。これにより、光照射のときに塗膜の周囲を無酸素又は低酸素雰囲気にする、例えば、真空雰囲気又は不活性ガス雰囲気のための設備が不要になり、製造コストを削減できる。また、樹脂層は、光照射の熱等によって導電性パターン領域13が剥離又は飛散するのを防止できる。これにより、導電性基板10を歩留まりよく製造できる。
 図2C、図2Dのように形成された導電性基板を、導電性パターン付製品とすることができる。導電性パターン付製品は、基板と、基板の表面に形成された酸化第一銅含有層と、酸化第一銅含有層の表面に形成された導電性層と、を具備し、導電性層は線幅1.0μm以上、1000μm以下の配線であり、配線は還元銅を含むことを特徴とする。酸化第一銅含有層とは、銅と酸素の比Cu/Oが0.5以上3.0以下である層である。導電性パターン付製品の断面をEDX法によって分析することにより、酸化第一銅含有層におけるCu/Oは定量可能である。
 また、導電性パターン付製品は、基板と、基板の表面に形成された酸化第一銅含有層と、酸化第一銅含有層の表面に形成された導電性層と、を具備し、導電性層は線幅1.0μm以上、1000μm以下の配線であり、配線は還元銅(場合によっては銅も含む)及びスズを含むことを特徴とする。
 導電性パターン付製品は、基板と、基板の表面に形成された導電性パターンと、を具備し、導電性パターンは線幅1.0μm以上、1000μm以下の配線であり、還元銅、リン及びボイドを含むことを特徴とする。この構成により、後述するように所望の形状の基板に、良好な形状の配線を形成できる。
 導電性パターン付製品は、基板と、基板の表面に形成された導電性パターンと、を具備し、導電性パターンは線幅1.0μm以上、1000μm以下の配線であり、配線は還元銅、銅及びスズを含むことを特徴とする。
 導電性パターン付製品においては、配線がアンテナとして利用できることが好ましい。この構成により、良好な形状のアンテナを形成できる。
 導電性パターン付製品においては、導電性層または導電性パターンの表面の一部にハンダ層が形成されていることが好ましい。導電性パターンは、上記の分散体の酸化銅が焼成して形成されているため、焼成工程で、有機バインダ等の有機物が分解されている。このため、導電性パターンにおいて、ハンダのぬれ性が高くなっており、ハンダ層を容易に形成できることから、上記の分散体を用いずに形成された導電性パターンと比べて、導電性パターンにおける電子部品のハンダ付けが容易である。
 また、導電性パターン付製品は、基板と、基板の表面に形成された導電性パターンと、を具備し、導電性パターンは線幅1.0μm以上、1000μm以下の配線であり、還元銅、酸化銅及びリンを含み、配線を覆うように樹脂が配置されていることを特徴とする。
[基板への酸化銅インクの塗布方法]
 酸化銅インクを用いた塗布方法について説明する。塗布方法としては特に制限されず、スクリーン印刷、凹版ダイレクト印刷、凹版オフセット印刷、フレキソ印刷、反転印刷法、オフセット印刷などの印刷法やディスペンサー描画法、スプレー法などを用いることができる。塗布法としては、ダイコート、スピンコート、スリットコート、バーコート、ナイフコート、スプレーコート、ディツプコートなどの方法を用いることができる。
[基板]
 本実施の形態で用いられる基板は、特に限定されるものではなく、無機材料又は有機材料で構成される。
 無機材料としては、例えば、ソーダライムガラス、無アルカリガラス、硼珪酸ガラス、石英ガラスなどのガラスや、アルミナなどのセラミック材料が挙げられる。
 有機材料としては、高分子材料、紙などが挙げられる。高分子材料としては樹脂フィルムを用いることができ、ポリイミド(PI)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルサルフォン(PES)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエステル、ポリカーボネート(PC)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルブチラール(PVB)、ポリアセタール(POM)、ポリアリレート(PAR)、ポリアミド(PA)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリフェニレンエーテル(PPE)、変性ポリフェニレンエーテル(m-PPE)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリエーテルケトン(PEK)、ポリフタルアミド(PPA)、ポリエーテルニトリル(PEN)、ポリベンズイミダゾール(PBI)、ポリカルボジイミド、ポリシロキサン、ポリメタクリルアミド、ニトリルゴム、アクリルゴム、ポリエチレンテトラフルオライド、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ウレア樹脂、ポリメタクリル酸メチル樹脂(PMMA)、ポリブテン、ポリペンテン、エチレン-プロピレン共重合体、エチレン-ブテン-ジエン共重合体、ポリブタジエン、ポリイソプレン、エチレン-プロピレン-ジエン共重合体、ブチルゴム、ポリメチルペンテン(PMP)、ポリスチレン(PS)、スチレン-ブタジエン共重合体、ポリエチレン(PE)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、フェノールノボラック、ベンゾシクロブテン、ポリビニルフェノール、ポリクロロピレン、ポリオキシメチレン、ポリスルホン(PSF)、ポリフェニルスルホン樹脂(PPSU)、シクロオレフィンポリマー(COP)、アクリロ二トリル・ブタジエン・スチレン樹脂(ABS)、アクリロニトリル・スチレン樹脂(AS)、ナイロン樹脂(PA6、PA66)、ポリブチレンテレフタレート樹脂(PBT)、ポリエーテルスルホン樹脂(PESU)、ポリテトラフルオロエチレン樹脂(PTFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、及びシリコーン樹脂などを挙げることができる。特に、PI、PET及びPENは、フレキシブル性、コストの観点から好ましい。基板の厚さは、例えば1μm~10mmとすることができ、好ましくは25μm~250μmである。基板の厚さが250μm以下であれば、作製される電子デバイスを、軽量化、省スペース化、及びフレキシブル化できるため好ましい。
 紙としては、一般的なパルプを原料とした上質紙、中質紙、コート紙、ボール紙、段ボールなどの洋紙やセルロースナノファイバーを原料としたものが挙げられる。紙の場合は高分子材料を溶解したもの、もしくはゾルゲル材料などを含浸硬化させたものを使うことができる。また、これらの材料はラミネートするなど貼り合わせて使用してもよい。例えば、紙フェノール基材、紙エポキシ基材、ガラスコンポジット基材、ガラスエポキシ基材などの複合基材、テフロン(登録商標)基材、アルミナ基材、低温低湿同時焼成セラミックス(LTCC)、シリコンウェハなどが挙げられる。なお、本実施の形態における基板は、配線パターンを形成するための回路基板シートの基板材料、または配線付き筐体の筐体材料を意味する。
[導電膜形成方法]
 本実施の形態の導電膜の製造方法は、塗膜における酸化銅を還元し銅を生成させ、これ自体の融着、及び酸化銅インクに銅粒子が加えられている場合はその銅粒子との融着、一体化、により導電膜(銅膜)を形成するものである。この工程を焼成と呼ぶ。従って、酸化銅の還元と融着、銅粒子との一体化による導電膜の形成ができる方法であれば特に制限はない。本実施の形態の導電膜の製造方法における焼成は、例えば、焼成炉で行ってもよいし、プラズマ、赤外線、フラッシュランプ、レーザなどを単独もしくは組み合わせて用いて行ってもよい。焼成後には、導電膜の一部に、後述するハンダ層の形成が可能となる。
 本実施の形態では、塗膜を焼成処理して基板上に導電性パターンを形成することができる。本実施形態の方法によれば、基板上に塗布液を所望のパターンに直接形成できるため、従来のフォトレジストを用いた手法と比較し、生産性を向上させることができる。
 図3を参照して、本実施の形態に係る焼成にレーザ照射を用いた場合の導電性基板の製造方法について、より具体的に説明する。図3中(a)において、水、プロピレングリコール(PG)の混合溶媒中に酢酸銅を溶かし、ヒドラジンを加えて攪拌する。
 次に、図3中(b)、(c)において、遠心分離で上澄みと沈殿物に分離した。次に、図3中(d)において、得られた沈殿物に、分散剤及びアルコールを加え、分散する。このとき、例えば、窒素雰囲気下で、ホモジナイザーを用いて分散する。
 図3中(e)、(f)において、酸化銅インク(分散体)をスプレーコート法により例えばPET製の基板(図3(f)中、「PET」と記載する)上に塗布し、酸化銅及びリン含有有機物を含む塗布層(塗膜)(図3(f)中、「CuO」と記載する)を形成する。
 次に、図3中(g)において、塗布層に対して、例えばレーザ照射を行い、塗布層の一部を選択的に焼成し、酸化銅を銅(図3(g)中、「Cu」と記載する)に還元する。この結果、図3中(h)において、基板上に、酸化銅及びリン含有有機物を含む絶縁領域(図3(h)中、「A」と記載する)と、銅及びリン元素を含む導電膜(導電性パターン領域)(図3(h)中、「B」と記載する)と、が互いに隣接して配置された層が形成された導電性基板が得られる。導電性パターン領域は、配線として利用できる。
 また、導電性パターン領域には、焼成の工程で、還元されなかった酸化銅粒子としての例えば酸化第一銅が含まれていてもよい。絶縁領域及び導電性パターン領域には、酸化銅インクの銅粒子が含まれていてもよく、スズが含まれていてもよい。また、絶縁領域及び導電性パターン領域には、ボイドが含まれていてもよい。導電性パターン領域にボイドがあることで、そこにハンダが入り込み、導電性パターン領域とハンダ層との密着性が向上する。
 このように、焼成をレーザ照射で行うことにより、酸化銅インクの銅粒子の焼成と、導電性パターン領域の形成を一度に行うことができる。また、銅粒子の焼成により、酸化銅インクに含まれる有機バインダ等の有機物が分解されるため、得られた導電性パターンにおいて、ハンダのぬれ性が高くなる。
 本実施の形態では、絶縁領域に、酸化銅、分散剤としてのリン含有有機物、及び還元剤としてのヒドラジンあるいはヒドラジン水和物を含む構成とすることができる。
 次に、図4を参照して、本実施の形態に係る焼成にプラズマを用いた場合の導電性基板の製造方法について、より具体的に説明する。図4中(a)-(d)の工程については、図3と同様である。
 図4中(e)、(i)において、例えばPET製の基板上に、酸化銅インク(分散体)を、例えば、インクジェット印刷により所望のパターンで印刷し、酸化銅及びリン含有有機物を含む塗布層(図3(i)中、「CuO」と記載する)を形成する。
 次に、図4中(i)において、塗布層に対して、例えばプラズマ照射を行い、塗布層を焼成し、酸化銅を銅に還元する。この結果、図4中(j)において、基板上に、銅及びリン元素を含む導電性パターン領域(図4(j)中、「B」と記載する)が形成された導電性基板が得られる。
 図5は、図3と同様に、焼成にレーザ照射を用いた場合の導電性基板の製造方法を示す。図5中(a)-(h)の工程については、図3と同様である。
 図5では、さらに絶縁領域を洗浄する。これにより、銅配線(図5(K)中、「C」と記載する)が支持体上にパターン形成された形態を得ることができる。なお、銅配線Cは、導電性パターン領域Bと同じ層である。また、銅配線C上から銅配線C間の支持体上にかけて、樹脂層(図5(l)中、「D」と記載する)で封止することができる。なお、少なくとも、導電性パターン領域Bとしての銅配線C上を覆うように樹脂層Dを形成することができる。
 樹脂層は、長期安定性を確保するものである。樹脂層は封止材層であり、透湿度を十分低くすることが好ましい。封止材層の外部からの水分の混入を防ぎ、銅配線の酸化を抑制するためである。封止材層の透湿度は1.0g/m/day以下であることが好ましく、より好ましくは0.5g/m/day以下であって、さらに好ましくは0.1g/m/day以下である。このような範囲の封止材層を用いることで、例えば、85℃、85%環境における長期安定性試験において、銅配線の酸化による抵抗変化を抑止することができる。
 例えば、以下に挙げる材料を封止材層の材料として用いることができる。ポリプロピレン(PP)、ポリイミド(PI)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルサルフォン(PES)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエステル、ポリカーボネート(PC)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルブチラール(PVB)、ポリアセタール(POM)、ポリアリレート(PAR)、ポリアミド(PA)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリフェニレンエーテル(PPE)、変性ポリフェニレンエーテル(m-PPE)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリエーテルケトン(PEK)、ポリフタルアミド(PPA)、ポリエーテルニトリル(PENt)、ポリベンズイミダゾール(PBI)、ポリカルボジイミド、ポリシロキサン、ポリメタクリルアミド、ニトリルゴム、アクリルゴム、ポリエチレンテトラフルオライド、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ウレア樹脂、ポリメタクリル酸メチル樹脂(PMMA)、ポリブテン、ポリペンテン、エチレン-プロピレン共重合体、エチレン-ブテン-ジエン共重合体、ポリブタジエン、ポリイソプレン、エチレン-プロピレン-ジエン共重合体、ブチルゴム、ポリメチルペンテン(PMP)、ポリスチレン(PS)、スチレン-ブタジエン共重合体、ポリエチレン(PE)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、フェノールノボラック、ベンゾシクロブテン、ポリビニルフェノール、ポリクロロピレン、ポリオキシメチレン、ポリスルホン(PSF)、ポリフェニルスルホン樹脂(PPSU)、シクロオレフィンポリマー(COP)、アクリロ二トリル・ブタジエン・スチレン樹脂(ABS)、アクリロニトリル・スチレン樹脂(AS)、ナイロン樹脂(PA6、PA66)ポリブチルテレフタレート樹脂(PBT)ポリエーテルスルホン樹脂(PESU)、ポリテトラフルオロエチレン樹脂(PTFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、及びシリコーン樹脂等から構成される樹脂材料を用いることができる。
 さらに、上記材料に酸化ケイ素や酸化アルミニウムからなる微粒子を混合させたり、それらの材料の表面に酸化ケイ素や酸化アルミニウムからなる層を、水分バリア層として設けることで透湿度を下げることができる。
 絶縁領域を除去する際、水またはエタノール、プロパノール、ブタノール、イソプロピルアルコール、メタノール、エチレングリコール、グリセリン等のアルコール類や、ケトン類、エステル類、エーテル類などの有機溶媒を用いることができる。特に、絶縁領域の洗浄性能の点で、水、エタノール、プロパノール、ブタノール、イソプロピルアルコールが好ましい。また、上記溶媒にリン系の分散剤を添加しても良い。添加することでさらに洗浄性能が向上する。
 銅配線上を樹脂層で覆う構成は、図4にも適用可能である。
 導電性基板の製造方法は、酸化銅インクを用い、基板上に形成したパターンに、還元性ガスを含む雰囲気下でプラズマを発生させ焼成処理を行う。この構成により、低温焼成が可能になる。また、酸化銅中の有機物が効果的に分解されるため、酸化銅の焼成がより促進され、より抵抗の低い導電膜を備えた導電性基板を製造できる。
 導電性基板の製造方法は酸化銅インクを用い、基板上に塗膜を形成する工程と、その塗膜にレーザ光を照射させる工程と、を含む。焼成をレーザ照射で行うことにより、酸化銅インクの銅粒子の焼成と、導電性パターンの形成を一度に行うことができる。また、光の波長を選択できるため、酸化銅インク及び基板の光の吸収波長を考慮することができる。また、焼成時間を短くすることができるため、基板へのダメージを抑えながら、酸化銅中の有機物が効果的に分解され、抵抗の低い導電膜を備えた導電性基板を製造できる。
 導電性基板の製造方法は、酸化銅インクを用い、基板上に塗膜を形成する工程と、その塗膜にキセノン光を照射させる工程と、を含む。この構成により、焼成時間を短くすることができるため、基板へのダメージを抑えながら、酸化銅中の有機物が効果的に分解され、抵抗の低い導電膜を備えた導電性基板を製造できる。
(塗膜の焼成)
 焼成処理の方法には、本発明の効果を発揮する導電膜を形成可能であれば、特に限定されないが、具体例としては、焼却炉、プラズマ焼成法、光焼成法などを用いる方法が挙げられる。光焼成におけるレーザ照射においては、分散体としての酸化銅インクで塗膜を形成し、塗膜にレーザ照射することで、銅粒子の焼成と、パターニングを一度に行うことができる。その他の焼成法においては、酸化銅インクで所望のパターンを印刷し、これを焼成することで、導電性パターンを得ることができる。導電性パターンを作製する上で、基板との接触面に一部の酸化第一銅が還元されずに残ることで、導電性パターンと基板との密着性が向上するため、好ましい。
[焼成炉]
 酸素の影響を受けやすい焼成炉などで焼成を行う方法では、非酸化性雰囲気において酸化銅インクの塗膜を処理することが好ましい。また酸化銅インク中に含まれる有機成分だけでは酸化銅が還元されにくい場合、還元性雰囲気で焼成することが好ましい。非酸化性雰囲気とは、酸素などの酸化性ガスを含まない雰囲気であり、例えば、窒素、アルゴン、ヘリウム、ネオンなどの不活性ガスで満たされた雰囲気である。また還元性雰囲気とは、水素、一酸化炭素などの還元性ガスが存在する雰囲気を指すが、不活性ガスと混合して使用してよい。これらのガスを焼成炉中に充填し密閉系でもしくはガスを連続的に流しながら酸化銅インクの塗膜を焼成してもよい。また、焼成は、加圧雰囲気で行ってもよいし減圧雰囲気で行ってもよい。
[プラズマ焼成法]
 本実施形態のプラズマ法は焼成炉を用いる方法と比較し、より低い温度での処理が可能であり、耐熱性の低い樹脂フィルムを基材とする場合の焼成法として、よりよい方法の一つである。またプラズマにより、パターン表面の有機物質除去や酸化膜の除去が可能であるため、良好なハンダ付け性を確保できるという利点もある。具体的には、還元性ガスもしくは還元性ガスと不活性ガスとの混合ガスをチャンバ内に流し、マイクロ波によりプラズマを発生させ、これにより生成する活性種を、還元または焼結に必要な加熱源として、さらには分散剤などに含まれる有機物の分解に利用し導電膜を得る方法である。
 特に金属部分では活性種の失活が多く、金属部分が選択的に加熱され、基板自体の温度は上がりにくいため、基板として樹脂フィルムにも適用可能である。酸化銅インクは金属として銅を含み、酸化銅は焼成が進むにつれ銅に変化するためパターン部分のみの加熱が促進される。また導電性パターン中に分散剤やバインダ成分の有機物が残ると焼結の妨げとなり、抵抗が上がる傾向にあるが、プラズマ法は導体パターン中の有機物除去効果が大きい。
 還元性ガス成分としては水素など、不活性ガス成分としては窒素、ヘリウム、アルゴンなどを用いることができる。これらは単独で、もしくは還元ガス成分と不活性ガス成分を任意の割合で混合して用いてもよい。また不活性ガス成分を二種以上混合し用いてもよい。
 プラズマ焼成法は、マイクロ波投入パワー、導入ガス流量、チャンバ内圧、プラズマ発生源から処理サンプルまでの距離、処理サンプル温度、処理時間での調整が可能であり、これらを調整することで処理の強度を変えることができる。従って、上記調整項目の最適化を図れば、無機材料の基板はもちろんのこと、有機材料の熱硬化性樹脂フィルム、紙、耐熱性の低い熱可塑性樹脂フィルム、例えばPET、PENを基板として利用し、抵抗の低い導電膜を得ることが可能となる。但し、最適条件は装置構造やサンプル種類により異なるため、状況に合わせ調整する。
[光焼成法]
 本実施形態の光焼成法は、光源としてキセノンなどの放電管を用いたフラッシュ光方式やレーザ光方式が適用可能である。これらの方法は強度の大きい光を短時間露光し、基板上に塗布した酸化銅インクを短時間で高温に上昇させ焼成する方法で、酸化銅の還元、銅粒子の焼結、これらの一体化、及び有機成分の分解を行い、導電膜を形成する方法である。焼成時間がごく短時間であるため基板へのダメージが少ない方法で、耐熱性の低い樹脂フィルム基板への適用が可能である。
 フラッシュ光方式とは、キセノン放電管を用い、コンデンサーに蓄えられた電荷を瞬時に放電する方式で、大光量のパルス光を発生させ、基板上に形成された酸化銅インクに照射することにより酸化銅を瞬時に高温に加熱し、導電膜に変化させる方法である。露光量は、光強度、発光時間、光照射間隔、回数で調整可能であり基板の光透過性が大きければ、耐熱性の低い樹脂基板、例えばPET、PENや紙などへも、酸化銅インクによる導電性パターンの形成が可能となる。
 発光光源は異なるが、レーザ光源を用いても同様な効果が得られる。レーザの場合は、フラッシュ光方式の調整項目に加え、波長選択の自由度があり、パターンを形成した酸化銅インクの光吸収波長や基板の吸収波長を考慮し選択することも可能である。またビームスキャンによる露光が可能であり、基板全面への露光、もしくは部分露光の選択など、露光範囲の調整が容易であるといった特徴がある。レーザの種類としてはYAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)、YVO(イットリウムバナデイト)、Yb(イッテルビウム)、半導体レーザ(GaAs、GaAlAs、GaInAs)、炭酸ガスなどを用いることができ、基本波だけでなく必要に応じ高調波を取り出して使用してもよい。
 特に、レーザ光を用いる場合、その発光波長は、300nm以上1500nm以下が好ましい。例えば355nm、405nm、445nm、450nm、532nm、1056nmなどが好ましい。基板や筐体が樹脂の場合、特に好ましくは355nm、405nm、445nm、450nm、532nmのレーザ波長である。光線が、中心波長が355nm以上、532nm以下のレーザ光であることが好ましい。本波長にすることで、酸化第一銅を含有する塗布層が吸収する波長のため、酸化第一銅の還元が均一に起こり、抵抗が低い領域(導電性パターン領域)を得ることができる。また、レーザを用いることで、曲面や立体形状に銅配線を形成することが可能である。
 本実施の形態では、支持体を光線透過性とすることで、光線が、支持体を透過するため、塗布層の一部を適切に焼成することが可能になる。
 また、本実施の形態に係る導電性パターン領域を有する構造体の製造方法によれば、酸化銅及びリン含有有機物を含む塗布層の一部をレーザで焼成して導電性パターン領域とすると共に、未焼成部分を導電性パターン領域の絶縁のために使用できる。したがって、塗布層の未焼成部分を除去する必要がない。このため、製造工程を削減でき、溶剤等が不要であるので製造コストを下げることができる。また、導電性パターン領域の絶縁のためにソルダ―レジスト等を設ける必要がないので、その分も製造工程を削減できる。ただし、絶縁層を除去しても良い。
 絶縁領域を除去する場合は、水またはエタノール、プロパノール、ブタノール、イソプロピルアルコール、メタノール、エチレングリコール、グリセリン等のアルコール類や、ケトン類、エステル類、エーテル類などの有機溶媒を用いることができる。特に、絶縁領域の洗浄性能の点で、水、エタノール、プロパノール、ブタノール、イソプロピルアルコールが好ましい。また、上記溶媒にリン系の分散剤を添加しても良い。添加することでさらに洗浄性能が向上する。
[導電性パターンへのハンダ層の形成]
 本実施の形態に係る分散体を用いて作製された導電性基板は、ハンダ付け性を悪化させる分散剤、分散媒が、焼成処理の工程で分解しているため、導電性パターンに被接合体(例えば、電子部品等)をハンダ付けするとき、溶融ハンダがのりやすいという利点がある。ここで、ハンダとは鉛とスズを主成分とする合金であり、鉛を含まない鉛フリーハンダも含まれる。本実施の形態に係る導電性パターンは空隙(ボイド)を有するため、このボイドにハンダが入ることで、導電性パターンとハンダ層との密着性が高まる。
 前述したように導電性パターン及び導電性層に含まれる銅のグレインサイズは、0.10μm以上100μm以下であることが好ましく、0.50μm以上50μm以下がさらに好ましく、1.0μm以上10μm以下が特に好ましい。これにより、導電性パターンとハンダ層の密着性が高くなる。
 本実施の形態において、電子部品とは、半導体、集積回路、ダイオード、液晶ディスプレイなどの能動部品、抵抗、コンデンサ等の受動部品、及び、コネクタ、スイッチ、電線、ヒートシンク、アンテナなどの機構部品のうち、少なくとも1種である。
 また、導電性パターンへのハンダ層の形成は、リフロー法で行われることが好ましい。リフロー法では、まず、ハンダ付けは、図3(h)及び図4(j)で形成された導電性パターン領域の一部、例えばランド、の表面にソルダーペースト(クリームハンダ)を塗布する。ソルダーペーストの塗布は、例えば、メタルマスク及びメタルスキージを用いたコンタクト印刷により行われる。これにより、導電性パターンの表面の一部にハンダ層が形成される。すなわち、図3(h)の工程の後、層における導電性パターンの表面の一部にハンダ層が形成される導電性基板が得られる。また、図4(j)の工程の後、導電性パターンの表面の一部にハンダ層が形成される導電性基板が得られる。ハンダ層が形成される導電性パターンの表面の一部は、特に面積は限定されず、導電性パターンと電子部品とが接合可能な面積であればよい。
(電子部品の接合)
 次に、塗布されたソルダーペースト(ハンダ層)の一部に、電子部品の被接合部を接触させた状態になるように電子部品を導電性基板上に載置する。その後、電子部品が載置された導電性基板を、リフロー炉に通して加熱して、導電性パターン領域の一部(ランド等)及び電子部品の被接合部をハンダ付けする。図6は、本実施の形態に係るハンダ層が形成された導電性基板の上面図である。図6Aは、ハンダ層が形成された導電性基板の写真を、図6Bは、その模式図を示す。
 図6に示すように、フレキシブル性を有する基板11上には、分散体としての酸化銅インクが焼成されて形成された導電性パターンBが形成されている。導電性パターンBの表面には、ハンダ層20が形成されている。ハンダ層20により、導電性パターンBと、導線90とが適切にハンダ付けされており、導線90を介して導電性パターンBと電子部品91が適切に接続されている。
 本実施の形態に係る導電性基板の製造方法によれば、分散体としての酸化銅インクを焼成して導電性パターンを形成するため、分散体に含まれる有機バインダが分解される、これにより、得られた導電性パターンにおいて、ハンダのぬれ性が高くなり、導電性パターンの表面にハンダ層を容易に形成できる。このため、電子部品のハンダ付が可能となる。この結果、導電性パターン領域と、電子部品の被接合部とを接合するハンダ層の不良の発生を防ぎ、高い歩留まりで、電子部品がハンダ付けされる導電性基板を製造できる。
 以下、実施例及び比較例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例及び比較例に限定されるものではない。
[ヒドラジン定量方法]
 サロゲート法によりヒドラジンの定量を行った。
 サンプル(銅ナノインク)50μLに、ヒドラジン33μg、サロゲート物質(ヒドラジン15)33μg、ベンズアルデヒド1%アセトニトリル溶液1mlを加えた。最後にリン酸20μLを加え、4時間後、GC/MS測定を行った。
 同じく、サンプル(銅ナノインク)50μLに、ヒドラジン66μg、サロゲート物質(ヒドラジン15)33μg、ベンズアルデヒド1%アセトニトリル溶液1mlを加えた。最後にリン酸20μLを加え、4時間後、GC/MS測定を行った。
 同じく、サンプル(銅ナノインク)50μLに、ヒドラジン133μg、サロゲート物質(ヒドラジン15)33μg、ベンズアルデヒド1%アセトニトリル溶液1mlを加えた。最後にリン酸20μLを加え、4時間後、GC/MS測定を行った。
 最後に、サンプル(銅ナノインク)50μLに、ヒドラジンを加えず、サロゲート物質(ヒドラジン15)33μg、ベンズアルデヒド1%アセトニトリル溶液1mlを加え、最後にリン酸20μLを加え、4時間後、GC/MS測定を行った。
 上記4点のGC/MS測定からm/z=207のクロマトグラムよりヒドラジンのピーク面積値を得た。次にm/z=209のマスクロマトグラムよりサロゲートのピーク面積値を得た。x軸に、添加したヒドラジンの重量/添加したサロゲート物質の重量、y軸に、ヒドラジンのピーク面積値/サロゲート物質のピーク面積値をとり、サロゲート法による検量線を得た。
 検量線から得られたY切片の値を、添加したヒドラジンの重量/添加したサロゲート物質の重量で除しヒドラジンの重量を得た。
[粒子径測定]
 酸化銅インクの平均粒子径は、大塚電子製FPAR-1000を用いてキュムラント法によって測定した。
(実施例1)
 蒸留水(共栄製薬株式会社製)7560g、1,2-プロピレングリコール(関東化学株式会社製)3494gの混合溶媒中に酢酸銅(II)一水和物(関東化学株式会社製)806gを溶かし、外部温調器によって液温を-5℃にした。ヒドラジン一水和物(東京化成工業株式会社製)235gを窒素雰囲気中で20分間(第一の時間)かけて加え、30分間(第一の時間)攪拌した後、外部温調器によって液温を25℃にし、窒素雰囲気中で90分間(第二の時間)攪拌した。攪拌後、遠心分離で上澄みと沈殿物に分離した。得られた沈殿物390gに、DisperBYK-145(ビックケミー製)54.8g、サーフロンS611(セイミケミカル製)13.7g、及びエタノール(関東化学株式会社製)907gを加え、窒素雰囲気下でホモジナイザーを用いて分散し酸化第一銅分散液(酸化銅インク)1365gを得た。
 分散液は良好に分散されていた。酸化第一銅の含有割合は20%であり、粒子径は21nmであった。ヒドラジン割合は3000ppmであった。
(実施例2)
 蒸留水(共栄製薬株式会社製)7560g、1,2-プロピレングリコール(関東化学株式会社製)3494gの混合溶媒中に酢酸銅(II)一水和物(関東化学株式会社製)806gを溶かし、外部温調器によって液温を-5℃にした。ヒドラジン一水和物(東京化成工業株式会社製)235gを窒素雰囲気中で20分間かけて加え、30分間攪拌した後、外部温調器によって液温を25℃にし、窒素雰囲気中で90分間攪拌した。攪拌後、遠心分離で上澄みと沈殿物に分離した。得られた沈殿物390gに、DisperBYK-145(ビックケミー製)54.8g、サーフロンS611(セイミケミカル製)13.7g、及びエタノール(関東化学株式会社製)907gを加え、窒素雰囲気下でホモジナイザーを用いて分散し酸化第一銅分散液1365gを得た。さらに空気で3時間バブリングし、バブリングによる分散媒の減少分をエタノールを追加して元の1365gに戻した。
 分散液は良好に分散されていた。酸化第一銅の含有割合は20%であり、粒子径は23nmであった。ヒドラジン割合は700ppmであった。
(実施例3)
 蒸留水(共栄製薬株式会社製)7560g、1,2-プロピレングリコール(関東化学株式会社製)3494gの混合溶媒中に酢酸銅(II)一水和物(関東化学株式会社製)806gを溶かし、外部温調器によって液温を-5℃にした。ヒドラジン一水和物(東京化成工業株式会社製)235gを窒素雰囲気中で20分間かけて加え、30分間攪拌した後、外部温調器によって液温を25℃にし、窒素雰囲気中で90分間攪拌した。攪拌後、遠心分離で上澄みと沈殿物に分離した。得られた沈殿物390gに、DisperBYK-118(ビックケミー製、固形分80%)68.5g、サーフロンS611(セイミケミカル製)13.7g、及びエタノール(関東化学株式会社製)893gを加え、窒素雰囲気下でホモジナイザーを用いて分散し、酸化第一銅分散液1365gを得た。
 分散液は良好に分散されていた。酸化第一銅の含有割合は20%であり、粒子径は23nmであった。ヒドラジン割合は2900ppmであった。
(実施例4)
 蒸留水(共栄製薬株式会社製)7560g、1,2-プロピレングリコール(関東化学株式会社製)3494gの混合溶媒中に酢酸銅(II)一水和物(関東化学株式会社製)806gを溶かし、外部温調器によって液温を-5℃にした。ヒドラジン一水和物(東京化成工業株式会社製)235gを窒素雰囲気中で20分間かけて加え、30分間攪拌した後、外部温調器によって液温を25℃にし、窒素雰囲気中で90分間攪拌した。攪拌後、遠心分離で上澄みと沈殿物に分離した。得られた沈殿物390gに、DisperBYK-102(ビックケミー製)54.8g、サーフロンS611(セイミケミカル製)13.7g、及びエタノール(関東化学株式会社製)907gを加え、窒素雰囲気下でホモジナイザーを用いて分散し、酸化第一銅分散液1365gを得た。
 分散液は良好に分散されていた。酸化第一銅の含有割合は20%であり、粒子径は16nmであった。ヒドラジン割合は2700ppmであった。
(実施例5)
 蒸留水(共栄製薬株式会社製)7560g、1,2-プロピレングリコール(関東化学株式会社製)3494gの混合溶媒中に酢酸銅(II)一水和物(関東化学株式会社製)806gを溶かし、外部温調器によって液温を-5℃にした。ヒドラジン一水和物(東京化成工業株式会社製)235gを窒素雰囲気中で20分間かけて加え、30分間攪拌した後、外部温調器によって液温を25℃にし、窒素雰囲気中で90分間攪拌した。攪拌後、遠心分離で上澄みと沈殿物に分離した。得られた沈殿物390gに、DisperBYK-145(ビックケミー製)1.37g、サーフロンS611(セイミケミカル製)13.7g、及びエタノール(関東化学株式会社製)960gを加え、窒素雰囲気下でホモジナイザーを用いて分散し、酸化第一銅分散液1365gを得た。
 分散液は良好に分散されていた。酸化第一銅の含有割合は20%であり、粒子径は24nmであった。ヒドラジン割合は3000ppmであった。
(実施例6)
 蒸留水(共栄製薬株式会社製)7560g、1,2-プロピレングリコール(関東化学株式会社製)3494gの混合溶媒中に酢酸銅(II)一水和物(関東化学株式会社製)806gを溶かし、外部温調器によって液温を-5℃にした。ヒドラジン一水和物(東京化成工業株式会社製)235gを窒素雰囲気中で20分間かけて加え、30分間攪拌した後、外部温調器によって液温を25℃にし、窒素雰囲気中で90分間攪拌した。攪拌後、遠心分離で上澄みと沈殿物に分離した。得られた沈殿物390gに、DisperBYK-145(ビックケミー製)82.2g、サーフロンS611(セイミケミカル製)13.7g、及びエタノール(関東化学株式会社製)880gを加え、窒素雰囲気下でホモジナイザーを用いて分散し、酸化第一銅分散液(酸化銅インク)1365gを得た。
 分散液は良好に分散されていた。酸化第一銅の含有割合は20%であり、粒子径は23nmであった。ヒドラジン割合は3000ppmであった。
(実施例7)
 実施例1で得られた分散液98.5gに、ヒドラジン(東京化成工業株式会社製)1.5gを窒素雰囲気下で入れた。
 分散液は良好に分散されていた。酸化第一銅の含有割合は20%であり、粒子径は29nmであった。ヒドラジン割合は18000ppmであった。
(実施例8)
 蒸留水(共栄製薬株式会社製)7560g、1,2-プロピレングリコール(関東化学株式会社製)3494gの混合溶媒中に酢酸銅(II)一水和物(関東化学株式会社製)806gを溶かし、外部温調器によって液温を-5℃にした。ヒドラジン一水和物(東京化成工業株式会社製)235gを窒素雰囲気中で20分間かけて加え、30分間攪拌した後、外部温調器によって液温を25℃にし、窒素雰囲気中で90分間攪拌した。攪拌後、遠心分離で上澄みと沈殿物に分離した。得られた沈殿物390gに、DisperBYK-145(ビックケミー製)54.8g、サーフロンS611(セイミケミカル製)13.7g、及びブタノール(関東化学株式会社製)907gを加え、窒素雰囲気下でホモジナイザーを用いて分散し、酸化第一銅分散液1365gを得た。
 分散液は良好に分散されていた。酸化第一銅の含有割合は20%であり、粒子径は20nmであった。ヒドラジン割合は3000ppmであった。
(実施例9)
 蒸留水(共栄製薬株式会社製)7560g、1,2-プロピレングリコール(関東化学株式会社製)3494gの混合溶媒中に酢酸銅(II)一水和物(関東化学株式会社製)806gを溶かし、外部温調器によって液温を-5℃にした。ヒドラジン一水和物(東京化成工業株式会社製)235gを窒素雰囲気中で20分間かけて加え、30分間攪拌した後、外部温調器によって液温を25℃にし、窒素雰囲気中で90分間攪拌した。攪拌後、遠心分離で上澄みと沈殿物に分離した。得られた沈殿物390gに、DisperBYK-145(ビックケミー製)54.8g、サーフロンS611(セイミケミカル製)13.7g、及びプロパノール(関東化学株式会社製)907gを加え、窒素雰囲気下でホモジナイザーを用いて分散し、酸化第一銅分散液1365gを得た。
 分散液は良好に分散されていた。酸化第一銅の含有割合は20%であり、粒子径は24nmであった。ヒドラジン割合は3000ppmであった。
(実施例10)
 蒸留水(共栄製薬株式会社製)7560g、1,2-プロピレングリコール(関東化学株式会社製)3494gの混合溶媒中に酢酸銅(II)一水和物(関東化学株式会社製)806gを溶かし、外部温調器によって液温を-5℃にした。ヒドラジン一水和物(東京化成工業株式会社製)235gを窒素雰囲気中で20分間かけて加え、30分間攪拌した後、外部温調器によって液温を25℃にし、窒素雰囲気中で90分間攪拌した。攪拌後、遠心分離で上澄みと沈殿物に分離した。得られた沈殿物390gに、DisperBYK-145(ビックケミー製)54.8g、サーフロンS611(セイミケミカル製)13.7g、及びデカノール(関東化学株式会社製)907gを加え、窒素雰囲気下でホモジナイザーを用いて分散し酸化第一銅分散液1365gを得た。
 分散液において一部に銅粒子の凝集が見られた。酸化第一銅の含有割合は20%であり、粒子径は47nmであった。ヒドラジン割合は3000ppmであった。
(実施例11)
 蒸留水(共栄製薬株式会社製)7560g、1,2-プロピレングリコール(関東化学株式会社製)3494gの混合溶媒中に酢酸銅(II)一水和物(関東化学株式会社製)806gを溶かし、外部温調器によって液温を-5℃にした。ヒドラジン一水和物(東京化成工業株式会社製)235gを窒素雰囲気中で20分間かけて加え、30分間攪拌した後、外部温調器によって液温を25℃にし、窒素雰囲気中で90分間攪拌した。攪拌後、遠心分離で上澄みと沈殿物に分離した。得られた沈殿物390gに、DisperBYK-145(ビックケミー製)54.8g、サーフロンS611(セイミケミカル製)13.7g、及びオクタノール(関東化学株式会社製)907gを加え、窒素雰囲気下でホモジナイザーを用いて分散し、酸化第一銅分散液1365gを得た。
 分散液において一部に銅粒子の凝集が見られた。酸化第一銅の含有割合は20%であり、粒子径は30nmであった。ヒドラジン割合は3000ppmであった。
(実施例12)
 実施例2で得られた分散液1000gに、ヒドラジン(東京化成工業株式会社製)0.30gを窒素雰囲気下で入れた。
 分散液は良好に分散されていた。酸化第一銅の含有割合は20%であり、粒子径は23nmであった。ヒドラジン割合は1000ppmであった。
(実施例13)
 実施例2で得られた分散液1000gに、ヒドラジン(東京化成工業株式会社製)0.80gを窒素雰囲気下で入れた。
 分散液は良好に分散されていた。酸化第一銅の含有割合は20%であり、粒子径は23nmであった。ヒドラジン割合は1500ppmであった。
(実施例14)
 実施例2で得られた分散液1000gに、アジポジヒドラジド(富士フイルム和光純薬株式会社製)0.80gを窒素雰囲気下で入れた。
 分散液は良好に分散されていた。酸化第一銅の含有割合は20%であり、粒子径は23nmであった。ヒドラジン割合は700ppm、アジポジヒドラジド割合は800ppmであった。
(実施例15)
 実施例2で得られた分散液1000gに、4-アミノ-1,2,4-トリアゾール(富士フイルム和光純薬株式会社製)0.80gを窒素雰囲気下で入れた。
 分散液は良好に分散されていた。酸化第一銅の含有割合は20%であり、粒子径は23nmであった。ヒドラジン割合は700ppm、4-アミノ-1,2,4-トリアゾール割合は800ppmであった。
(実施例16)
 蒸留水(共栄製薬株式会社製)7560g、1,2-プロピレングリコール(関東化学株式会社製)3494gの混合溶媒中に酢酸銅(II)一水和物(関東化学株式会社製)806gを溶かし、外部温調器によって液温を-5℃にした。ヒドラジン一水和物(東京化成工業株式会社製)235gを窒素雰囲気中で20分間かけて加え、30分間攪拌した後、外部温調器によって液温を25℃にし、窒素雰囲気中で90分間攪拌した。攪拌後、遠心分離で上澄みと沈殿物に分離した。得られた沈殿物390gに、DisperBYK-106(ビックケミー製)54.8g、サーフロンS611(セイミケミカル製)13.7g、及びエタノール(関東化学株式会社製)907gを加え、窒素雰囲気下でホモジナイザーを用いて分散し、酸化第一銅分散液1365gを得た。
 分散液において一部に酸化銅粒子の凝集が見られた。酸化第一銅の含有割合は20%であり、粒子径は77nmであった。ヒドラジン割合は2900ppmであった。
 (実施例17)
 蒸留水(共栄製薬株式会社製)7560g、1,2-プロピレングリコール(関東化学株式会社製)3494gの混合溶媒中に酢酸銅(II)一水和物(関東化学株式会社製)806gを溶かし、外部温調器によって液温を-5℃にした。ヒドラジン一水和物(東京化成工業株式会社製)235gを窒素雰囲気中で20分間かけて加え、30分間攪拌した後、外部温調器によって液温を25℃にし、窒素雰囲気中で90分間攪拌した。攪拌後、遠心分離で上澄みと沈殿物に分離した。得られた沈殿物390gに、DisperBYK-145(ビックケミー製)54.8g、サーフロンS611(セイミケミカル製)13.7g、及びエタノール(関東化学株式会社製)907gを加え、窒素雰囲気下でホモジナイザーを用いて分散し酸化第一銅分散液1365gを得た。さらに空気で10時間バブリングし、バブリングによる分散媒の減少分をエタノールを追加して元の1365gに戻した。
 分散液において一部に銅粒子の凝集が見られた。酸化第一銅の含有割合は20%であり、粒子径は40nmであった。ヒドラジン割合は200ppmであった。
(比較例1)
 蒸留水(共栄製薬株式会社製)7560g、1,2-プロピレングリコール(関東化学株式会社製)3494gの混合溶媒中に酢酸銅(II)一水和物(関東化学株式会社製)806gを溶かし、外部温調器によって液温を-5℃にした。ヒドラジン一水和物(東京化成工業株式会社製)235gを窒素雰囲気中で20分間かけて加え、30分間攪拌した後、外部温調器によって液温を25℃にし、窒素雰囲気中で90分間攪拌した。攪拌後、遠心分離で上澄みと沈殿物に分離した。得られた沈殿物390gに、DisperBYK-145(ビックケミー製)110g、サーフロンS611(セイミケミカル製)13.7g、及びエタノール(関東化学株式会社製)851gを加え、窒素雰囲気下でホモジナイザーを用いて分散し、酸化第一銅分散液(酸化銅インク)1365gを得た。
 分散液において酸化銅粒子が凝集し、インク化できなかった。酸化第一銅の含有割合は20%であったが、凝集のため、粒子径は測定できなかった。ヒドラジン割合は3000ppmであった。
(比較例2)
 蒸留水(共栄製薬株式会社製)7560g、1,2-プロピレングリコール(関東化学株式会社製)3494gの混合溶媒中に酢酸銅(II)一水和物(関東化学株式会社製)806gを溶かし、外部温調器によって液温を-5℃にした。ヒドラジン一水和物(東京化成工業株式会社製)235gを窒素雰囲気中で20分間かけて加え、30分間攪拌した後、外部温調器によって液温を25℃にし、窒素雰囲気中で90分間攪拌した。攪拌後、遠心分離で上澄みと沈殿物に分離した。得られた沈殿物390gに、DisperBYK-145(ビックケミー製)0.82g、サーフロンS611(セイミケミカル製)13.7g、及びエタノール(関東化学株式会社製)960gを加え、窒素雰囲気下でホモジナイザーを用いて分散し、酸化第一銅分散液(酸化銅インク)1365gを得た。
 分散液において酸化銅粒子が凝集し、インク化できなかった。酸化第一銅の含有割合は20%であったが、凝集のため、粒子径は測定できなかった。ヒドラジン割合は3000ppmであった。
(比較例3)
 エタノール(関東化学株式会社製)15gに、酸化第一銅(EMジャパン製MP-CU2O-25)4g、DisperBYK-145(ビックケミー製)0.8g、サーフロンS611(セイミケミカル製)0.2gを加え、窒素雰囲気下でホモジナイザーを用いて分散し、酸化第一銅分散液(酸化銅インク)20gを得た。
 分散液において一部に酸化銅粒子の凝集が見られた。酸化第一銅の含有割合は20%であり、平均二次粒子径は190nmであった。ヒドラジン割合は0ppmであった。
(比較例4)
 実施例1で得られた分散液97gに、ヒドラジン(東京化成工業株式会社製)3.0gを窒素雰囲気下で入れた。
 分散液において酸化銅粒子が凝集し、インク化できなかった。酸化第一銅の含有割合は20%であったが、凝集のため、粒子径は測定できなかった。ヒドラジン割合は33000ppmであった。
(比較例5)
 蒸留水(共栄製薬株式会社製)7560g、1,2-プロピレングリコール(関東化学株式会社製)3494gの混合溶媒中に酢酸銅(II)一水和物(関東化学株式会社製)806gを溶かし、外部温調器によって液温を-5℃にした。ヒドラジン一水和物(東京化成工業株式会社製)235gを窒素雰囲気中で20分間かけて加え、30分間攪拌した後、外部温調器によって液温を25℃にし、窒素雰囲気中で90分間攪拌した。攪拌後、遠心分離で上澄みと沈殿物に分離した。得られた沈殿物390gに、サーフロンS611(セイミケミカル製)13.7g、及びエタノール(関東化学株式会社製)961gを加え、窒素雰囲気下でホモジナイザーを用いて分散し、酸化第一銅分散液(酸化銅インク)1365gを得た。
 分散液において酸化銅粒子が凝集し、インク化できなかった。酸化第一銅の含有割合は20%であったが、凝集のため、粒子径は測定できなかった。ヒドラジン割合は3000ppmであった。
 [分散性]
 酸化銅インクの分散性の評価基準は以下の通りである。
 A:ホモジナイザーによる分散直後の酸化銅粒子径が50nm以下で、ホモジナイザーによる分散30分以内に粒子の沈降が発生しない。
 B:ホモジナイザーによる分散直後の酸化銅粒子径が50nmより大きく、ホモジナイザーによる分散30分以内に粒子の沈降が発生しない。
 C:ホモジナイザーによる分散30分以内に粒子の沈降が発生。
[反転印刷]
 酸化銅インクを用いて、反転印刷によって基板上にパターン状の塗膜を形成した。まず、ブランケットの表面に均一な厚みの酸化銅インクの塗膜を形成した。ブランケットの表面材料は通常シリコーンゴムから構成されており、このシリコーンゴムに対して酸化銅インクが良好に付着し、均一な塗膜が形成されているかを確認した。次いで、表面に酸化銅インクの塗膜が形成されたブランケットの表面を凸版に押圧、接触させ、凸版の凸部の表面に、ブランケット表面上の酸化銅インクの塗膜の一部を付着、転移させた。これによりブランケットの表面に残った酸化銅インクの塗膜には印刷パターンが形成された。次いで、この状態のブランケットを被印刷基板の表面に押圧して、ブランケット上に残った酸化銅インクの塗膜を転写し、パターン状の塗膜を形成した。評価基準は以下の通りである。
 A:反転印刷が可能であった。
 B:一部印刷パターンが形成されなかった。
 C:反転印刷ができなかった。
[抵抗測定]
 PENフィルム上にバーコーターを用いて600nm厚みの膜を作製し、プラズマ焼成装置で1.5kw、420秒間、加熱焼成して還元し、銅膜(導電膜)を作製した。導電膜の体積抵抗率は、三菱化学製の低抵抗率計ロレスターGPを用いて測定した。酸化銅インクと塗膜の性能結果を表1に示す。
[貯蔵安定性]
 酸化銅インクを-17℃の冷蔵庫で6か月貯蔵し、貯蔵後の酸化銅インクの酸化銅粒子の粒子径を測定し、粒子径変化率を求めた。貯蔵安定の評価基準は、下記の通りである。
粒子径変化率=|貯蔵後粒子径-貯蔵前粒子径|/貯蔵前粒子径
 A:粒子径変化率が25%未満
 B:粒子径変化率が25%以上50%未満
 C:粒子径変化率が50%以上100%未満
 D:粒子径変化率が100%以上
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 実施例1から実施例17においては、酸化銅インクが凝集することなく、PENフィルム上に銅膜を作製した際に低い抵抗が維持できていた。実施例において、(還元剤質量/酸化銅質量)の値は0.00010以上0.10以下であり、(分散剤質量/酸化銅質量)の値は0.0050以上0.30以下であった。また、実施例1から実施例15では、分散剤の酸価は20以上130以下であった。還元剤としてヒドラジンを用いることで、酸化銅の還元が促進され、抵抗の低い銅膜が作製されていたと考えられる。
 実施例のうち、実施例16の分散剤の酸価は130であった。実施例16では、実施例1から実施例15に比べて、やや分散性に劣り、焼成して作製した銅膜の抵抗が上昇した。
 比較例1、2は、分散剤質量が、0.0050≦(分散剤質量/酸化銅質量)≦0.30の範囲を外れているため、酸化銅インクが凝集し、反転印刷及び抵抗の測定ができなかった。比較例5は、酸化銅インクに分散剤を含めなかったため、酸化銅インクが凝集し、反転印刷及び抵抗の測定ができなかった。
 比較例3は、酸化銅インクにヒドラジンを添加しなかった。この場合、貯蔵安定性にも寄与すると推測されるヒドラジンが添加されていないため、酸化銅の平均粒子径が実施例と比べて大きくなり、貯蔵安定性が低下した。比較例4は、還元剤質量が、0.00010≦(還元剤質量/酸化銅質量)≦0.10を外れていた。この場合、酸化銅インクが凝集していたため、反転印刷及び抵抗の測定ができなかった。
 また、実施例1から実施例15においては、酸化第一銅の平均粒子径は3.0nm以上50nm以下であった。さらに、印刷性も良好であり、実施例1-9、12-15のように、分散媒が炭素数7以下のモノアルコールの場合は、分散媒が炭素数8以上の実施例10、11に比べて、印刷性はより良好であった。
 実施例のうち、分散剤の酸価が130より大きい実施例16では、酸化第一銅の平均粒子径が50nmを超え、抵抗が上昇し、印刷性が実施例1から実施例15よりも低下した。
 また、実施例7、12、13のように、酸化銅インクを作製した後に、ヒドラジンを添加しても、分散性、印刷性、貯蔵安定性は良好であり、銅膜を作製した際に低い抵抗が維持できていた。実施例14では、酸化銅インクを作製した後に、還元剤としてアジポジヒドラジドを添加し、実施例15では、4-アミノ-1,2,4-トリアゾール後添加した。これらの場合も、分散性、印刷性、貯蔵安定性は良好であり、銅膜は低い抵抗が維持できていた。酸化銅インクを作製した後に還元剤を添加する際に、還元剤としてヒドラジンを用いた実施例7、12、13は、他の還元剤を用いる場合よりも、低い抵抗が維持できていた。
 また、酸化銅インクを作製する際に、還元剤を所定の時間条件で添加し、窒素雰囲気下で分散させることで、酸化銅インクに還元剤を効果的に残せた。これにより、酸化銅に対する還元剤及び分散剤の質量を所定の範囲とすることができ、貯蔵安定性に優れた酸化銅インクを作製できることがわかった。また、酸化銅インクを作製した後に、窒素雰囲気下で酸化銅インクに還元剤を添加することでも、酸化銅インクに還元剤を効果的に残せた。
 また、実施例1から実施例17の多分散度は0.20から0.30であった。
 以上の実験結果から、0.00010≦(還元剤質量/酸化銅質量)≦0.10であり、かつ0.0050≦(分散剤質量/酸化銅質量)≦0.30であり、かつ分散剤の酸価が20以上、130以下であり、かつ酸化銅の平均粒子径が3.0nm以上、50nm以下であることが好ましい。
 また、0.0010≦(還元剤質量/酸化銅質量)≦0.05であり、かつ0.050≦(分散剤質量/酸化銅質量)≦0.30であり、かつ分散剤の酸価が25以上、120以下であり、かつ酸化銅の平均粒子径が5.0nm以上、40nm以下であることがより好ましい。
 また、0.0040≦(還元剤質量/酸化銅質量)≦0.030であり、かつ0.10≦(分散剤質量/酸化銅質量)≦0.30であり、かつ分散剤の酸価が36以上、110以下であり、かつ酸化銅の平均粒子径が5.0nm以上、40nm以下であることがさらに好ましい。
 また、0.0040≦(還元剤質量/酸化銅質量)≦0.030であり、かつ0.20≦(分散剤質量/酸化銅質量)≦0.25であり、かつ分散剤の酸価が36以上、101以下であり、かつ酸化銅の平均粒子径が10nm以上、29nm以下であることがさらにより好ましい。
[レーザ焼成]
 PET基板上に実施例1の酸化銅インクを所定の厚み(800nm)になるようバーコートし、室温で10分間乾燥することで、PET上に塗布層が形成されたサンプルAを得た。
 ガルバノスキャナーを用いて、最大速度300mm/分で焦点位置を動かしながらレーザ光(波長445nm、出力1.1W、連続波発振(Continuous Wave:CW)を、サンプルAに照射することで、25mm×1mmの寸法の銅を含む導電性の膜を得た。抵抗は20μΩcmであった。レーザ焼成においても導電性膜が作製できた。
 上記実験とは異なるレーザーマーカー(キーエンス株式会社レーザーマーカーMD-U1000C)を用いて、サンプルAにレーザ光(波長355nm、出力50%、パルス繰返し周波数300kHz)を窒素雰囲気中で速度100mm/秒の速さで照射した。抵抗は15μΩcmであった。レーザ焼成においても導電性膜が作製できた。
[光焼成]
 NOVACENTRIX社製のPET基板上に実施例1の酸化銅インクを用いて、前記記載の反転印刷法でPET上に60μm幅のラインの塗布層(膜厚:700nm)が形成されたサンプルBを得た。
 NOVACENTRIX社製のPulseForge1200を用いて、サンプルBに光(パルス時間10msec,パルス強度1200W/cm)をあてた。その結果、20μΩcmの導体を得た。
 本発明の酸化銅インクは、プラズマや光焼成処理によって断線や破損が少ない導電膜を得ることができる。そのため、本発明の酸化銅インクは、プリント配線板、電子デバイス、透明導電性フィルム、電磁波シールド、帯電防止膜などの製造に好適に用いられる。
 本出願は、2017年7月27日出願の特願2017-145187、2017年7月27日出願の特願2017-145188、2018年2月13日出願の特願2018-023239に基づく。この内容は、全てここに含めておく。
 

Claims (33)

  1.  酸化銅と、分散剤と、還元剤とを含み、
     前記還元剤の含有量が下記式(1)の範囲であり、
     前記分散剤の含有量が下記式(2)の範囲であることを特徴とする酸化銅インク。
      0.00010≦(還元剤質量/酸化銅質量)≦0.10 (1)
      0.0050≦(分散剤質量/酸化銅質量)≦0.30 (2)
  2.  前記分散剤の酸価が20以上、130以下であることを特徴とする請求項1に記載の酸化銅インク。
  3.  前記酸化銅が酸化第一銅であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の酸化銅インク。
  4.  前記還元剤が、ヒドラジン、ヒドラジン水和物、ヒドラジン誘導体、ナトリウム、カーボン、ヨウ化カリウム、シュウ酸、硫化鉄(II)、チオ硫酸ナトリウム、アスコルビン酸、塩化スズ(II)、水素化ジイソブチルアルミニウム、蟻酸、水素化ホウ酸ナトリウム、亜硫酸塩の群から選ばれる少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の酸化銅インク。
  5.  前記還元剤が、ヒドラジンまたはヒドラジン水和物であることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の酸化銅インク。
  6.  酸化第一銅と、分散剤と、還元剤とを含み、
     前記分散剤は、酸価が20以上、130以下であり、リン含有有機物であり、
     前記分散剤の含有量が下記式(1)の範囲であり、
     前記還元剤は、ヒドラジン及びヒドラジン水和物から選ばれる少なくとも1つを含み、
     前記還元剤の含有量が下記式(2)の範囲であることを特徴とする酸化銅インク。
      0.00010≦(還元剤質量/酸化銅質量)≦0.10 (1)
      0.0050≦(分散剤質量/酸化銅質量)≦0.30 (2)
  7.  前記酸化銅の平均粒子径が3.0nm以上、50nm以下であることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれかに記載の酸化銅インク。
  8.  酸化第一銅と、前記分散剤と、前記還元剤と、分散媒とを含み、
     前記分散媒が炭素数7以下のモノアルコールであり、前記分散媒の酸化銅インク中の含有量が30質量%以上、95質量%以下であることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれかに記載の酸化銅インク。
  9.  酸化銅と、分散剤と、還元剤とを含み、
     前記還元剤の含有量が下記式(1)の範囲であり、
     前記分散剤の含有量が下記式(2)の範囲であることを特徴とする塗膜を含む製品。
      0.00010≦(還元剤質量/酸化銅質量)≦0.10 (1)
      0.0050≦(分散剤質量/酸化銅質量)≦0.30 (2)
  10.  前記分散剤の酸価が20以上、130以下であることを特徴とする請求項9に記載の塗膜を含む製品。
  11.  前記酸化銅が酸化第一銅であることを特徴とする請求項9又は請求項10に記載の塗膜を含む製品。
  12.  前記還元剤が、ヒドラジン、ヒドラジン水和物、ヒドラジン誘導体、ナトリウム、カーボン、ヨウ化カリウム、シュウ酸、硫化鉄(II)、チオ硫酸ナトリウム、アスコルビン酸、塩化スズ(II)、水素化ジイソブチルアルミニウム、蟻酸、水素化ホウ酸ナトリウム、亜硫酸塩の群から選ばれる少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項9から請求項11のいずれかに記載の塗膜を含む製品。
  13.  前記還元剤が、ヒドラジンまたはヒドラジン水和物であることを特徴とする請求項9から請求項12のいずれかに記載の塗膜を含む製品。
  14.  酸化第一銅と、分散剤と、還元剤とを含み、
     前記分散剤は、酸価が20以上、130以下であり、リン含有有機物であり、
     前記分散剤の含有量が下記式(1)の範囲であり、
     前記還元剤は、ヒドラジン及びヒドラジン水和物から選ばれる少なくとも1つを含み、
     前記還元剤の含有量が下記式(2)の範囲であることを特徴とする塗膜を含む製品。
      0.00010≦(還元剤質量/酸化銅質量)≦0.10 (1)
      0.0050≦(分散剤質量/酸化銅質量)≦0.30 (2)
  15.  前記酸化銅の平均粒子径が3.0nm以上、50nm以下であることを特徴とする請求項9から請求項14のいずれかに記載の塗膜を含む製品。
  16.  酸化第一銅と、前記分散剤と、前記還元剤と、分散媒とを含み、
     前記分散媒が炭素数7以下のモノアルコールであり、前記分散媒の塗膜中の含有量が30質量%以上、95質量%以下であることを特徴とする請求項9から請求項15のいずれかに記載の塗膜を含む製品。
  17.  請求項1から請求項8のいずれかに記載の酸化銅インクを用い、基板上に形成したパターンに、還元性ガスを含む雰囲気下でプラズマを発生させ焼成処理を行うことを特徴とする導電性基板の製造方法。
  18.  請求項1から請求項8のいずれかに記載の酸化銅インクを用い、基板上に塗膜を形成する工程と、
     その塗膜にレーザ光を照射させる工程と、を含むことを特徴とする導電性基板の製造方法。
  19.  請求項1から請求項8のいずれかに記載の酸化銅インクを用い、基板上に塗膜を形成する工程と、
     その塗膜にキセノン光を照射させる工程と、を含むことを特徴とする導電性基板の製造方法。
  20.  請求項9から請求項16のいずれかに記載の塗膜を含む製品を用い、
     前記製品に、還元性ガスを含む雰囲気下でプラズマを発生させ焼成処理を行い、導電性パターンを得ることを特徴とする製品の製造方法。
  21.  請求項9から請求項16のいずれかに記載の塗膜を含む製品を用い、
     前記製品に、レーザ光を照射させ、導電性パターンを得る工程を含むことを特徴とする製品の製造方法。
  22.  請求項9から請求項16のいずれかに記載の塗膜を含む製品を用い、
     前記製品に、キセノン光を照射させ、導電性パターンを得る工程を含むことを特徴とする製品の製造方法。
  23.  前記導電性パターンがアンテナであることを特徴とする請求項20から請求項22のいずれかに記載の導電性パターン付製品の製造方法。
  24.  前記導電性パターンがメッシュ形状であることを特徴とする請求項20から請求項22のいずれかに記載の導電性パターン付製品の製造方法。
  25.  基板と、
     前記基板の表面に形成された酸化第一銅含有層と、
     前記酸化第一銅含有層の表面に形成された導電性層と、を具備し、
     前記導電性層は線幅1.0μm以上、1000μm以下の配線であり、
     前記配線は還元銅を含むことを特徴とする導電性パターン付製品。
  26.  基板と、
     前記基板の表面に形成された酸化第一銅含有層と、
     前記酸化第一銅含有層の表面に形成された導電性層と、を具備し、
     前記導電性層は線幅1.0μm以上、1000μm以下の配線であり、
     前記配線は還元銅、銅及びスズを含むことを特徴とする導電性パターン付製品。
  27.  基板と、
     前記基板の表面に形成された導電性パターンと、を具備し、
     前記導電性パターンは線幅1.0μm以上、1000μm以下の配線であり、
     前記配線は還元銅、リン及びボイドを含むことを特徴とする導電性パターン付製品。
  28.  基板と、
     前記基板の表面に形成された導電性パターンと、を具備し、
     前記導電性パターンは線幅1.0μm以上、1000μm以下の配線であり、
     前記配線は還元銅、銅及びスズを含むことを特徴とする導電性パターン付製品。
  29.  前記銅のグレインサイズが0.10μm以上、100μm以下であることを特徴とする請求項26又は請求項28に記載の導電性パターン付製品。
  30.  前記導電性層または前記導電性パターンの表面の表面粗さが20nm以上500nm以下であることを特徴とする請求項25から請求項29のいずれかに記載の導電性パターン付製品。
  31.  前記配線がアンテナとして利用できることを特徴とする請求項25から請求項30のいずれかに記載の導電性パターン付製品。
  32.  前記導電性層または前記導電性パターンの表面の一部にハンダ層が形成されていることを特徴とする請求項25から請求項31のいずれかに記載の導電性パターン付製品。
  33.  基板と、
     前記基板の表面に形成された導電性パターンと、を具備し、
     前記導電性パターンは線幅1.0μm以上、1000μm以下の配線であり、
     前記配線は還元銅、酸化銅及びリンを含み、前記配線を覆うように樹脂が配置されていることを特徴とする導電性パターン付製品。
     
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