(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【背景技術】
【0002】
近年、プリンテッドエレクトロニクスへの注目が高まっており、回路、コンデンサ素子、半導体素子等を構成する電極・配線や強誘電体材料、半導体材料等をスクリーン印刷やグラビア印刷といった印刷手法にて配置する試みがなされている。中でも電極・配線の形成においては、金属粉を主成分とする印刷回路用導電性組成物が広く用いられている。
このような導電性組成物においては、金属粉の1次粒子が凝集することで、粗大な2次粒子を形成しやすく、その結果、導電性組成物の安定性や導電性が低下することが知られている。こうした金属粉の凝集に対して、凝集を防ぐ分散剤を導電性組成物中に添加することが提案されている。該分散剤としては例えばラウロイルサルコシン(N−メチル−N−ドデカノイルアミノ酢酸)等のサルコシン化合物およびその金属塩が有効であり、特許文献1及び2には、分散剤としてこれらを含有する導電性組成物が提案されている。
例えば、特許文献2の導電性組成物は金属粉の凝集が抑制されているので、該導電性組成物より得られる塗膜の体積抵抗率は10
-3Ω・cm以下と導電性に優れている。しかし、特許文献2の発明では、導電性組成物の経時的な粘度変化や経時的な導電性の低下が起こり、保存安定性に劣るという問題がある。印刷手法においては、導電性組成物の粘度と印刷性には密接な相関があることから、導電性組成物を安定して印刷する上で、導電性組成物の粘度変化は好ましくない。
【0003】
上記経時的な粘度変化や導電性の低下は、使用される分散剤の酸としての作用に起因するものと考えられている。すなわち、粘度変化は、該導電性組成物に含有される樹脂と酸との反応により発生し、導電性の低下は、酸により金属粒子表面での酸化が促進され、酸化膜が急速に増加することで発生すると考えられている。
特許文献3では、導電性組成物の酸性度を低下させるために、無機塩基やアミン化合物等の塩基性化合物を添加する技術が開示され、特許文献4及び5では、分散剤を金属塩とする技術が開示されている。また、特許文献6では、防錆剤を添加して酸化を抑制する技術が開示されている。
【発明を実施するための形態】
【0008】
本発明に用いる(a)金属粉末(以下、(a)成分ということがある)は、金属の粉末であれば特に限定されないが、例えば、金属種としては、銅、ニッケル、コバルト、亜鉛、鉄、アルミニウム、パラジウム、白金、スズ、銀、又は金等が挙げられる。なお、(c)の金属元素も対応する複合金属塩とすることにより、上記これらを含む合金も使用し得る。特に、銅粉が導電性および汎用性の面から好ましい。また、金属粒子の作製方法は、電解法、湿式還元法等の湿式法、アトマイズ法、粉砕物等を好ましく挙げることができる。該金属粉末の粒径は、保存安定性の点で、0.01〜100μm、特に0.05〜30μmの範囲であるのが好ましい。
【0009】
本発明の導電性組成物に用いる(b)樹脂(以下、(b)成分ということがある)は特に限定されるものではなく、導電性組成物に用いられる公知の樹脂(熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、光硬化性樹脂等。)を好ましく挙げることができる。例えば、熱可塑性樹脂としては、ポリエステル、ポリエチレン、ポリオレフィン、ポリカーボネート、アミド樹脂、イミド樹脂、シリコン樹脂、フッ素樹脂、等が、熱硬化性樹脂としてはアクリレート樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、オキサジン樹脂、オキセタン樹脂、キシレン樹脂、グアナミン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、シリコン樹脂、ビスマレイドトリアジン樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、フラン樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル、尿素樹脂、等を好ましく挙げることができ、使用に際しては単独又は複数の樹脂を併用して用いることができる。また、これらの樹脂は硬化剤、硬化触媒等と併用して用いても良い。特に、熱硬化性樹脂を用いた場合、重合時の体積収縮が大きいことで導電性組成物中の金属粒子同士が強く接触することになり、導電性が高くなるため好ましい。
【0010】
本発明において、前記(a)成分と、(b)成分との配合割合は、これらの合計量を100重量部とした場合、好ましくは(a)成分50〜98重量部、特に好ましくは65〜93重量部、よって、好ましくは(b)成分2〜50重量部、特に好ましくは7〜35重量部である。(a)成分と(b)成分との配合割合が上記範囲外の場合には、樹脂の不足により銅粉同士が十分に接触しない点または樹脂による導通阻害が発生する点により、導電性が低下するおそれがある。
【0011】
本発明に用いる(c)式(1)で表される化合物(以下、(c)成分ということがある)において、式(1)中R
1及びR
2はそれぞれ独立に、水素原子、ブチル基、デシル基、ドコシル基等の炭素数1〜22のアルキル基、又はブテニル基、デセニル基、ドコセニル基等の炭素数2〜22のアルケニル基を示す。R
1としては、特に炭素数10〜18のアルキル基又は炭素数10〜18のアルケニル基を好ましく挙げられる。また、R
2としては、特に炭素数1〜10のアルキル基又は炭素数2〜10のアルケニル基を好ましく挙げられる。
式(1)中nは1〜10の整数、好ましくは1〜5の整数である。xは1〜4の整数であり、金属Mの価数を示す。Mは銅、ニッケル、コバルト、亜鉛、鉄、アルミニウム、パラジウム、白金、スズ、銀、又は金である。
【0012】
(c)成分としては、例えば、式(1)のMが銅の場合、N−メチル−N−デカノイルアミノ酢酸銅(II)(式(1)中のR
1がC
9H
19、R
2がCH
3、nが1の化合物)、N−メチル−N−ドデカノイルアミノ酢酸銅(II)(式(1)中のR
1がC
11H
23、R
2がCH
3、nが1の化合物)、N−メチル−N−テトラデカノイルアミノ酢酸銅(II)(式(1)中のR
1がC
13H
27、R
2がCH
3、nが1の化合物)、N−メチル−N−ヘキサデカノイルアミノ酢酸銅(II)(式(1)中のR
1がC
15H
31、R
2がCH
3、nが1の化合物)、N−メチル−N−オクタデカノイルアミノ酢酸銅(II)(式(1)中のR
1がC
17H
35、R
2がCH
3、nが1の化合物)、N−メチル−N−[(Z)−1−オキソ−9−オクタデセニル]アミノ酢酸銅(II)(式(1)中のR
1がC
17H
33、R
2がCH
3、nが1の化合物)、N−メチル−N−ドコサノイルアミノ酢酸銅(II)(式(1)中のR
1がC
21H
43、R
2がCH
3、nが1の化合物)等のN−メチル−N−アルカノイルアミノ酢酸銅;ヤシ油脂肪酸サルコシン銅、トール油抽出脂肪酸サルコシン銅等の混合脂肪酸サルコシン銅;3−[N−メチル−N−デカノイルアミノ]プロピオン酸銅(式(1)中のR
1がC
9H
19、R
2がCH
3、nが2の化合物)、3−[N−メチル−N−ドデカノイルアミノ]プロピオン酸銅(II)(式(1)中のR
1がC
11H
23、R
2がCH
3、nが2の化合物)、3−[N−メチル−N−テトラデカノイルアミノ]プロピオン酸銅(II)(式(1)中のR
1がC
13H
27、R
2がCH
3、nが2の化合物)、3−[N−メチル−N−ヘキサデカノイルアミノ]プロピオン酸銅(II)(式(1)中のR
1がC
15H
31、R
2がCH
3、nが2の化合物)、3−[N−メチル−N−オクタデカノイルアミノ]プロピオン酸銅(II)(式(1)中のR
1がC
17H
35、R
2がCH
3、nが2の化合物)、3−[N−メチル−N−ドコサノイルアミノ]プロピオン酸銅(II)(式(1)中のR
1がC
21H
43、R
2がCH
3、nが2の化合物)を好ましく挙げることができる。
また、(c)成分のMとしては、銅以外に、ニッケル、コバルト、亜鉛、鉄、アルミニウム、パラジウム、白金、スズ、銀、又は金を用いることができる。
【0013】
本発明において(c)成分の配合割合は、前記(a)成分と(b)成分との合計量100重量部に対して、好ましくは0.5〜15重量部、特に好ましくは1〜10重量部である。(c)成分の配合割合が前記0.5重量部未満の場合には、(c)成分による酸化膜除去が十分でなく導電性が低下するおそれがあり、前記15重量部を超える場合には、(c)成分自体の導通阻害効果が大きくなり、導電性が低下するおそれがある。
【0014】
本発明の導電性組成物は、上記(a)〜(c)成分以外に、本発明の効果を損なわない範囲で、または更に効果を改善する等の目的で、他の成分を含有させることができる。
他の成分としては、例えば、本発明の導電性組成物の導電性及び保存安定性を更に向上させる(d)アミン(以下、(d)成分ということがある)が挙げられ、該(d)成分としては、例えば、脂肪族アミン、芳香族アミン等を挙げることができる。具体的には脂肪族アミンとして、例えば、ブチルアミン、アミルアミン、ヘキシルアミン、ヘプチルアミン、オクチルアミン、2−エチルヘキシルアミン、ジイソプロピルアミン、トリエチルアミン、テトラメチルエチレンジアミン、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、ラウロイルプロピレンジアミン、パルミトイルプロピレンジアミン、ステアリルプロピレンジアミン、オレイルブロピレンジアミン等を挙げることができる。また芳香族アミンとしては、例えば、アニリン、o−アミノフェノール、o−フェニレンジアミン、m−フェニレンジアミン、p−フェニレンジアミン、4−(4−スルホベンジル)アミノアニリン、4−ジメチルアミノアニリン、4−ジエチルアミノアニリン、2−アミノ−5−ジエチルアミノトルエン、4−[N−(β−ヒドロキシエチル)アミノ]アニリン、4−[N,N−ジ−(β−ヒドロキシエチル)アミノ]アニリンを挙げることができる。
【0015】
本発明において、(d)成分を含有させる場合の配合割合は、前記(c)成分100重量部に対して、好ましくは10〜1000重量部、特に好ましくは20〜500重量部の範囲である。(d)成分の配合割合が前記1000重量部を超える場合には、(d)成分自体の導通阻害効果が大きくなり、導電性が低下するおそれがある。
【0016】
本発明の導電性組成物を調製するには、例えば、上記(a)〜(c)成分を、また必要に応じて(d)アミン等の他の成分を混合し、混練することにより得ることができる。また導電性組成物を調製する際に、必要に応じてブチルカルビトール(2−(2−ブトキシエトキシ)エタノール)等の粘度調整剤、消泡剤、増粘剤、皮張り防止剤や、樹脂の硬化性に影響を与える反応性希釈剤、硬化触媒等の添加剤等を適宜添加することも可能である。
【実施例】
【0017】
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されない。
まず、(c)成分の合成例を以下に示す。
【0018】
合成例1:N−メチル−N−ドデカノイルアミノ酢酸銅(II)無水物(式(1)中のR1がC11H23、R2がCH3、nが1、xが2、Mが銅の化合物)の合成
硝酸銅(II)3水和物36重量部、N−メチル−N−ドデカノイルアミノ酢酸86重量部、エタノール7930重量部及び水100重量部を混合し溶液を調製した。ここに、ヘキシルアミン10重量部をエタノール6重量部に溶解した溶液を加え、1時間攪拌後、濾過・洗浄し、得られた固体を減圧乾燥することで、水色粉末87重量部を得た。この粉末の熱重量分析における加熱残分は13.4%であり、これはN−メチル−N−ドデカノイルアミノ酢酸銅(II)無水物の計算結果である13.2%とほぼ一致した。
【0019】
合成例2:N−メチル−N−ドデカノイルアミノ酢酸ニッケル(II)無水物(式(1)中のR1がC11H23、R2がCH3、nが1、xが2、Mがニッケルの化合物)の合成
硝酸ニッケル(II)6水和物44重量部、N−メチル−N−ドデカノイルアミノ酢酸86重量部、エタノール7930重量部、及び水100重量部からなる溶液を作製した。ここにヘキシルアミン10重量部をエタノール6重量部に溶解した溶液を加え、1時間攪拌後、濾過・洗浄し、得られた固体を減圧乾燥することで、薄緑色粉末88重量部を得た。この粉末の熱重量分析における加熱残分が11.8%であり、これはN−メチル−N−ドデカノイルアミノ酢酸ニッケル(II)無水物の計算結果である12.2%とほぼ一致した。
【0020】
合成例3:N−メチル−N−ドデカノイルアミノ酢酸アルミニウム(III)無水物(式(1)中のR1がC11H23、R2がCH3、nが1、xが3、Mがアルミニウムの化合物)の合成
硝酸アルミニウム(III)9水和物56重量部、N−メチル−N−ドデカノイルアミノ酢酸86重量部、エタノール7930重量部、及び水100重量部からなる溶液を作製した。ここにヘキシルアミン10重量部をエタノール6重量部に溶解した溶液を加え、1時間攪拌後、濾過・洗浄し、得られた固体を減圧乾燥することで、白色粉末98重量部を得た。この粉末の熱重量分析における加熱残分が4.1%であり、これはN−メチル−N−ドデカノイルアミノ酢酸アルミニウム(III)無水物の計算結果である4.0%とほぼ一致した。
【0021】
合成例4:N−メチル−N−ドデカノイルアミノ酢酸スズ(IV)無水物(式(1)中のR1がC11H23、R2がCH3、nが1、xが4、Mがスズの化合物)の合成
酢酸スズ(II)35重量部、N−メチル−N−ドデカノイルアミノ酢酸86重量部、エタノール7930重量部、及び水100重量部からなる溶液を作製した。ここにヘキシルアミン10重量部をエタノール6重量部に溶解した溶液を加え、1時間攪拌後、濾過・洗浄し、得られた固体を減圧乾燥することで、灰色粉末62重量部を得た。この粉末の熱重量分析における加熱残分が12.5%であり、これはN−メチル−N−ドデカノイルアミノ酢酸スズ(IV)無水物の計算結果である12.4%とほぼ一致した。
【0022】
合成例5:N−メチル−N−ドデカノイルアミノ酢酸銀(I)無水物(式(1)中のR1がC11H23、R2がCH3、nが1、xが1、Mが銀の化合物)の合成
硝酸銀(I)25重量部、N−メチル−N−ドデカノイルアミノ酢酸86重量部、エタノール7930重量部、及び水100重量部からなる溶液を作製した。ここにヘキシルアミン10重量部をエタノール6重量部に溶解した溶液を加え、1時間攪拌後、濾過・洗浄し、得られた固体を減圧乾燥することで、薄黄色粉末51重量部を得た。この粉末の熱重量分析における加熱残分が35.2%であり、これはN−メチル−N−ドデカノイルアミノ酢酸銀(I)無水物の計算結果である35.7%とほぼ一致した。
【0023】
合成例6:N−メチル−N−ドデカノイルアミノ酢酸金(III)無水物(式(1)中のR1がC11H23、R2がCH3、nが1、xが3、Mが金の化合物)の合成
塩化金(III)45重量部、N−メチル−N−ドデカノイルアミノ酢酸86重量部、エタノール7930重量部、及び水100重量部からなる溶液を作製した。ここにヘキシルアミン10重量部をエタノール6重量部に溶解した溶液を加え、1時間攪拌後、濾過・洗浄し、得られた固体を減圧乾燥することで、黄色粉末81重量部を得た。この粉末の熱重量分析における加熱残分が24.4%であり、これはN−メチル−N−ドデカノイルアミノ酢酸金(III)無水物の計算結果である24.4%とほぼ一致した。
【0024】
合成例7:N−メチル−N−デカノイルアミノ酢酸銅(II)無水物(式(1)中のR1がC9H19、R2がCH3、nが1、xが2、Mが銅の化合物)の合成
硝酸銅(II)3水和物36重量部、N−メチル−N−デカノイルアミノ酢酸77重量部、エタノール7930重量部、及び水100重量部からなる溶液を作製した。ここにヘキシルアミン10重量部をエタノール6重量部に溶解した溶液を加え、1時間攪拌後、濾過・洗浄し、得られた固体を減圧乾燥することで、水色粉末81重量部を得た。この粉末の熱重量分析における加熱残分が14.6%であり、これはN−メチル−N−デカノイルアミノ酢酸銅(II)無水物の計算結果である14.5%とほぼ一致した。
【0025】
合成例8:N−メチル−N−[(Z)−1−オキソ−9−オクタデセニル]アミノ酢酸銅(II)無水物(式(1)中のR1がC17H33、R2がCH3、nが1、xが2、Mが銅の化合物)の合成
硝酸銅(II)3水和物36重量部、N−メチル−N−[(Z)−1−オキソ−9−オクタデセニル]アミノ酢酸112重量部、エタノール7930重量部、及び水100重量部からなる溶液を作製した。ここにヘキシルアミン10重量部をエタノール6重量部に溶解した溶液を加え、1時間攪拌後、濾過・洗浄し、得られた固体を減圧乾燥することで、水色粉末101重量部を得た。この粉末の熱重量分析における加熱残分が10.6%であり、これはN−メチル−N−[(Z)−1−オキソ−9−オクタデセニル]アミノ酢酸銅(II)無水物の計算結果である10.3%とほぼ一致した。
【0026】
合成例9:N−メチル−N−オクタデカノイルアミノ酢酸銅(II)無水物(式(1)中のR1がC17H35、R2がCH3、nが1、xが2、Mが銅の化合物)の合成
硝酸銅(II)3水和物36重量部、N−メチル−N−オクタデカノイルアミノ酢酸113重量部、エタノール7930重量部、及び水100重量部からなる溶液を作製した。ここにヘキシルアミン10重量部をエタノール6重量部に溶解した溶液を加え、1時間攪拌後、濾過・洗浄し、得られた固体を減圧乾燥することで、水色粉末89重量部を得た。この粉末の熱重量分析における加熱残分が10.4%であり、これはN−メチル−N−オクタデカノイルアミノ酢酸銅(II)無水物の計算結果である10.3%とほぼ一致した。
【0027】
合成例10:N−メチル−N−デカノイルアミノプロピオン酸銅(II)無水物(式(1)中のR1がC9H19、R2がCH3、nが2、xが2、Mが銅の化合物)の合成
硝酸銅(II)3水和物36重量部、N−メチル−N−デカノイルアミノプロピオン酸82重量部、エタノール7930重量部、及び水100重量部からなる溶液を作製した。ここにヘキシルアミン10重量部をエタノール6重量部に溶解した溶液を加え、1時間攪拌後、濾過・洗浄し、得られた固体を減圧乾燥することで、水色粉末76重量部を得た。この粉末の熱重量分析における加熱残分が13.9%であり、これはN−メチル−N−デカノイルアミノプロピオン酸銅(II)無水物の計算結果である13.8%とほぼ一致した。
【0028】
合成例11:N−メチル−N−ドデカノイルアミノプロピオン酸銅(II)無水物(式(1)中のR1がC11H23、R2がCH3、nが2、xが2、Mが銅の化合物)の合成
硝酸銅(II)3水和物36重量部、N−メチル−N−ドデカノイルアミノプロピオン酸90重量部、エタノール7930重量部、及び水100重量部からなる溶液を作製した。ここにヘキシルアミン10重量部をエタノール6重量部に溶解した溶液を加え、1時間攪拌後、濾過・洗浄し、得られた固体を減圧乾燥することで、水色粉末75重量部を得た。この粉末の熱重量分析における加熱残分が12.4%であり、これはN−メチル−N−ドデカノイルアミノプロピオン酸銅(II)無水物の計算結果である12.6%とほぼ一致した。
【0029】
合成例12:N−メチル−N−オクタデカノイルアミノプロピオン酸銅(II)無水物(式(1)中のR1がC17H35、R2がCH3、nが2、xが2、Mが銅の化合物)の合成
硝酸銅(II)3水和物36重量部、N−メチル−N−オクタデカノイルアミノプロピオン酸117重量部、エタノール7930重量部、及び水100重量部からなる溶液を作製した。ここにヘキシルアミン10重量部をエタノール6重量部に溶解した溶液を加え、1時間攪拌後、濾過・洗浄し、得られた固体を減圧乾燥することで、水色粉末93重量部を得た。この粉末の熱重量分析における加熱残分が10.4%であり、これはN−メチル−N−オクタデカノイルアミノプロピオン酸銅(II)無水物の計算結果である9.9%とほぼ一致した。
【0030】
実施例1
平均粒径8μmの電解銅粉末85重量部を、フェノール樹脂(商品名「PL−5208」群栄化学工業株式会社製、不揮発分60%)15重量部、合成例1で調製したN−メチル−N−ドデカノイルアミノ酢酸銅(II)無水物5.5重量部及びブチルカルビトール5重量部を、自転・公転ミキサー(機種名「ARV−310」、シンキー株式会社製)及び三本ロールにて混練し、導電性組成物を作製した。得られた導電性組成物について以下の各測定を行った。各測定結果を表1に示す。
【0031】
(抵抗率の測定)
作製した導電性組成物を、ガラス基板上で縦3cm×横1cm×膜厚50μmの形状のパターンに成型し、150℃に保持した循環式恒温槽中で15分間加熱し、焼付け硬化を行なった。得られた硬化試料について、4端子4探針法抵抗率計における測定結果とパターンの膜厚より、初期の体積抵抗率を算出した。その結果、初期の体積抵抗率は1.5×10
-3Ω・cmであった。
(初期粘度及び2ヶ月経過後の粘度の測定)
作製した導電性組成物について、レオメーター(製品名「CVO」、スペクトリス株式会社製)にて、せん断速度が5/sにおける粘度を測定した。その結果、初期粘度は94Pa・sであった。また、作製した導電性組成物を、5℃に保持した冷蔵庫において2ヶ月保管した後、せん断速度が5/sにおける粘度を測定した。その結果、2ヵ月後の粘度は166Pa・sであった。
(印刷性)
作製した導電性組成物を用い、スクリーン印刷機(製品名「MT−320」、マイクロ・テック株式会社製)にてガラス基板上にパターンを作製し、150℃に保持した循環式恒温槽中で15分間加熱し、焼付け硬化を行なった。得られた硬化試料の外観を目視にて以下の評価基準に従って評価した。その結果、印刷時のにじみ、かすれ等に起因する欠陥部分は見られず、評価は○であった。
印刷性の評価基準
○:欠陥無し、△:少量の欠陥あり、×:多数の欠陥あり。
【0032】
実施例2〜24及び比較例1〜9
導電性組成物の組成を表1〜5に示す組成とした以外は実施例1と同様にして導電性組成物を調製し、実施例1と同様に各測定を行なった。結果を表1〜5に示す。
【0033】
表1〜5から明らかなように、本発明の実施形態である実施例1〜24の導電性組成物は、経時後の粘度及び体積抵抗率の変化が小さく保存安定性に優れ、良好な印刷特性を発揮する。
【0034】
【表1】
【0035】
【表2】
【0036】
【表3】
【0037】
【表4】
【0038】
【表5】