专利名称：导电性组成物及其制造方法
技术领域：
本发明涉及例如在各种电子元件的基板等之中形成电极等导电层的导电性组成物及其制造方法，特别涉及能够降低电阻率的导电性组成物及其制造方法。
背景技术：
作为安装在电子仪器等的回路基板，除经过腐蚀处理形成电极图形之外，也有通过印刷而形成电极图形的。
下述专利文献1中所记载的发明就是关于由印刷形成电极图形的电子元件用电极油墨。该电极油墨是通过将各种10μm以下的不同直径的金属粉末以预定量分散在水或者有机溶剂中而得到的。
另外在下述专利文献2中，记载了设为回路基板的电极图形的导电性糊剂。该导电性糊剂是用有机化合物覆盖平均直径为1～100nm的金属微粒、稳定地分散于液体中形成的。通过在预定的基板上印刷该导电性糊剂并在预定温度下烧结的方式形成了电极图形。
专利文献1日本专利公开公报2000-331534号专利文献2日本专利公开公报2002-299833号上述专利文献1中所示，通过形成将大粒径金属粉同小粒径金属粉共同分散在有机溶剂等中的电极油墨，来抑制金属粉的沉淀并维持预定的粘度，将其用于喷墨装置中印刷并以预定温度加热、烧结时可使印刷稳定。但是专利文献1所记载的发明中存在若电极图形不断微型化则电极图形就会过度发热的问题，电极图形需要设定为非常低的电阻值，但在专利文献1记载的发明中无法得到电阻值非常低的电极图形，很难实现装置小型化。
因此，为了谋求微型化而如权利文献2所示，提出了以预定的分散剂包覆平均粒径为1～100nm的非常细小的金属微粒并使其分散于有机溶剂中。通过以分散剂包覆金属微粒，可以使金属微粒稳定地分散在有机溶剂中。然而，若整个电极图形都用上述金属微粒来形成，就会出现成本变高的问题。
发明内容
本发明是用来解决上述现有课题的，其目的在于提供一种可形成低电阻且成本低廉的导电层的导电性组成物及其制造方法。
本发明的导电性组成物的特征是，在硬化后的粘合剂树脂内含有导电材料，并且在相邻的上述导电材料的空隙内析出或凝集导电性金属。
另外，本发明的导电性组成物的特征是，在上述粘合剂树脂内含有尺寸不同的导电材料，在各种导电材料之间的空隙内析出或凝集上述导电性金属。
由于在硬化后的粘合剂树脂的内部、上述本发明的导电性组成物在导电材料之间析出或凝集导电性金属，因此能够提高在粘合剂树脂内的导电性金属的凝集率，能够降低电阻率。
本发明的导电性组成物的制造方法的特征是，在预定粘度的粘合剂树脂中含有导电材料和金属纳米粒子，由此形成预定图形的层，通过加热烧结，使粘合剂树脂硬化，并且在上述导电材料间的空隙中析出或凝集上述金属纳米粒子。
另外本发明的导电性组成物的制造方法的特征是，在预定粘度的粘合剂树脂中含有导电材料和金属胶态溶液，以此形成预定图形的层，通过加热烧结，使粘合剂树脂硬化，并且在上述导电材料之间的空隙中析出或凝集上述金属胶态溶液中所含的金属。
或者，导电性组成物的制造方法的特征是，在预定粘度的粘合剂树脂中含有导电材料和糊状的金属有机化合物，以此形成预定图形的层，通过加热烧结，使粘合剂树脂硬化，并且在上述导电材料之间的空隙中析出或凝集上述金属有机化合物中所含的金属。
对于上述导电性组成物的制造方法，最好在上述粘合剂树脂内部包含尺寸不同的上述导电材料。
在上述本发明的导电性组成物的制造方法中，在导电材料与导电材料之间所形成的空隙中，各种添加剂中所含的金属成分如填补该空隙那样地增长后析出或凝集，因此能提高相邻的导电材料之间的接触性，并能够降低电阻率。
本发明具有如下的效果。
本发明能够比原有技术更降低电阻率，其结果，当形成微型电极图形时能够抑制过度发热，能使装置更加小型化。另外也能使电极图形进行更长的延伸。
图1是表示本发明的导电性组成物硬化前状态的说明图；图2是表示本发明的导电性组成物硬化后状态的说明图；图3是表示回路基板的立体图。
具体实施例方式
图1是表示本发明的导电性组成物硬化前的状态的填充结构图，图2是表示本发明的导电性组成物硬化后的状态的填充结构图。图3是表示回路基板的立体图。然而，虽然图1和图2分别表示如所说明的规则的排列状态，实际并不仅限于该状态。
如图1所示，本发明的导电性组成物1是在特定的粘合剂树脂10中含有导电材料2以及、比上述导电材料都小的另一导电材料3。上述导电材料2和3分别为粒子状，导电材料2的平均粒子直径形成为比导电材料3的平均粒子直径大很多。例如，当如图1所示，包含于导电材料2中的多个粒子处于互相接触状态的时候，如上述导电材料3的粒子填充导电材料2的相邻粒子与粒子之间所形成的空隙5内那样，来设定导电材料2和导电材料3的粒子直径。例如，导电材料2的平均粒子直径为2～3微米(μm)，上述导电材料3的平均粒子直径则小一个位数为0.2～0.3微米(μm)。
作为上述导电材料2，可以从银、铜、白金、镍、钯、锡、银-钯、银-锡、铁-镍(坡莫合金)等金属和合金中选择。作为在图3所示回路基板20的电极图形21所使用的情况下，最好从银、铜等构成的金属单体、或者由上述金属单体作为主要成分的合金等当中选择。此外，如果是能够降低电极图形电阻率的材料则不限于上述材料。
上述导电材料3也可以从上述各种金属或合金等中选择。作为上述电极图形21使用的情况下，同样最好选择银和铜组成的金属。就好像如果导电材料2使用银、则导电材料3也使用银那样，最好选择同种的金属。然而，并不限于必须使用同种金属，不同金属的组合也可以。
上述粘合剂树脂10能够从热硬化性树脂中选择。例如，可以从聚酯树脂、酚醛树脂、尿素树脂、三聚氰胺树脂、环氧树脂、聚亚胺酯、硅酮树脂等中选择。此外，也可以按需要将热硬化性树脂溶解于预定的有机溶剂等中来进行粘度调整。
本发明的导电性组成物1中，在配合了上述导电材料2、3的粘合剂树脂10中，还添加了预定的添加剂4。
该添加剂4是例如仅由金属纳米粒子所形成的粉末。该金属纳米粒子粉末可以从金、银、铜、白金、镍、钯、锡等中选择。本说明书中的金属纳米粒子，指的是平均粒子直径在百nm(纳米)以下的材料，而且最好使用20nm以下的材料。通过将含有该添加剂4的导电性组成物印刷成预定的图形、然后涂覆、干燥并加热处理，就可在上述导电材料2和导电材料3之间析出或凝集含在添加剂4中的导电性金属，能够提高导电材料的填充率，从而降低电阻率。
然而作为添加剂4所使用的金属纳米粒子，由于表面活性高，因而粒子很容易凝集。因此为了防止这种凝集，也可以向上述金属纳米粒子粉末中添加含有预定有机溶剂等的分散剂，从而防止粒子的凝集。例如，当时用约5nm的银所形成的金属纳米粒子的情况，可以使用设定金属含量为90wt％(质量％)的材料。
另外，作为添加于上述粘合剂树脂10的其他添加剂4，也可以是含有金属纳米粒子的有机金属化合物、含有金属纳米粒子的金属胶态溶液等。另外，也可以从金属纳米粒子、含有金属纳米粒子的有机金属化合物以及含有金属纳米粒子的金属胶态溶液中选择多种进行添加。
作为含有上述金属纳米粒子的有机金属化合物，具有金属纳米粒子的金属与有机化合物的碳原子相结合的碳-金属结合物，例如可以使用在预定溶剂中将银的金属纳米粒子的金属含有率约设定为40wt％(质量％)的材料。
另外作为含有金属纳米粒子的金属胶态溶液，从金属纳米粒子稳定地分散在预定溶剂中的材料中选择。例如，粒子直径约为10nm的金、银所形成的金属纳米粒子，金属纳米粒子如果为金胶态液则能够使用在乙醇系列的有机溶剂中含量为10wt％的材料，如果为银胶态液则能够使用在乙醇系列以及水系列的溶剂中含量分别为30wt％的材料。作为添加剂4一旦添加这样的金属胶态溶液，就变得能够防止凝集和沉淀，能够分散于从有机溶剂到水这样的多种溶剂中。
在本发明的导电性组成物1中，最好导电材料2与导电材料3由同种金属所形成，甚至上述导电材料2、3与含有上述金属纳米粒子的添加剂4同样都由同种类的金属所形成。
下面，就上述导电性组成物的制造方法加以说明。例如，以图3所示回路基板20的电极图形21为例进行说明。
图3中所示回路基板20是在PET(聚对苯二甲酸乙二酯)、聚酰亚胺等合成树脂所制成的薄板状基板22上以一定的间隔线状形成有图1所示结构的导电性组成物1。此时导电性组成物1被调整为预定的粘度，经网板印刷等在上述薄板状基板22上印刷而形成。
将由上述导电性组成物1形成电极图形21的薄板状基板22干燥后，加热到例如120～200℃左右的烧结温度时，作为粘合剂的热硬化性树脂中所含的溶剂成分挥发之后就能得到导电性组成物1A了。在该导电性组成物1A中，如图2中所示，填充在导电材料2的各粒子与导电材料3的各粒子所形成的空隙5中的金属纳米粒子增长或析出，从而使导电材料2、3的各粒子间的填充率上升。
从而，导电性组成物1A内的导电性增加，在形成为电极图形21时的各电阻体的电阻值(电阻率)就能够进一步下降。通过降低电阻值，电极图形21即使由更细小的间距所形成，也能够消除发热的问题。另外由于电极图形在通电时减少了电流的损失，也能够使电极图形进行更长的延伸。
另外作为添加剂4，也能够使用含有由银构成的金属纳米粒子的有机金属化合物。在这种情况下加热的时候，也能够在由导电材料2、3所形成的空隙5中析出或凝集银的金属纳米粒子，从而能进一步提高空隙5内的填充率。
另外，添加剂4即使为银及金的金属胶态溶液，也能与上述相同地提高空隙5内的填充率。
权利要求
1.一种导电性组成物，其特征在于，在硬化后的粘合剂树脂内含有导电材料，并且在相邻的上述导电材料间的空隙内析出或凝集导电性金属。
2.如权利要求1所述的导电性组成物，其特征在于，在上述粘合剂树脂内含有尺寸不同的导电材料，在各种导电材料之间的空隙内析出或凝集上述导电性金属。
3.一种导电性组成物的制造方法，其特征在于，在预定粘度的粘合剂树脂中含有导电材料和金属纳米粒子，以此形成预定图形的层，通过加热烧结，使粘合剂树脂硬化，并且在上述导电材料之间的空隙中析出或凝集上述金属纳米粒子。
4.一种导电性组成物的制造方法，其特征在于，在预定粘度的粘合剂树脂中含有导电材料和金属胶态溶液，以此形成预定图形的层，通过加热烧结，使粘合剂树脂硬化，并且在上述导电材料之间的空隙中析出或凝集上述金属胶态溶液中所含的金属。
5.一种导电性组成物的制造方法，其特征在于，在预定粘度的粘合剂树脂中含有导电材料和糊状的金属有机化合物，以此形成预定图形的层，通过加热烧结，使粘合剂树脂硬化，并且在上述导电材料之间的空隙中析出或凝集上述金属有机化合物中所含的金属。
6.如权利要求3所述的导电性组成物的制造方法，其特征在于，在上述粘合剂树脂中含有尺寸不同的上述导电材料。
全文摘要
本发明提供一种能够形成微细电极图形的导电性组成物。在预定的粘合剂树脂(10)中，含有导电材料(2)、和粒子直径比该导电材料(2)小的导电材料(3)，而且在粘合剂树脂(10)中还含有具有比上述导电材料(3)更微小的金属纳米粒子的添加剂(4)。金属纳米粒子填充于导电材料(2)与导电材料(3)所形成的空隙5之中，加热、并使之硬化时，金属纳米粒子增加或析出，提高导电材料(2)、(3)的各粒子所形成的空隙(5)中的金属填充率，从而能够降低电阻率。
文档编号H01B1/22GK1629984SQ200410082039
公开日2005年6月22日 申请日期2004年12月17日 优先权日2003年12月18日
发明者竹森悟 申请人:阿尔卑斯电气株式会社