分散体以及使用其的带导电性图案的结构体的制造方法和带导电性图案的结构体与流程

文档序号:18943138发布日期:2019-10-23 01:19阅读:240来源:国知局
分散体以及使用其的带导电性图案的结构体的制造方法和带导电性图案的结构体与流程

本发明涉及分散体以及使用其的带导电性图案的结构体的制造方法和带导电性图案的结构体。



背景技术:

电路基板具有在基板上施有导电性布线的结构。电路基板的制造方法通常如下所述。首先,在贴合有金属箔的基板上涂布光致抗蚀剂。接着,对光致抗蚀剂进行曝光和显影,得到所期望的电路图案的底板状的形状。之后,通过化学蚀刻除去未被光致抗蚀剂覆盖的部分的金属箔,形成图案。由此能够制造出高性能的电路基板。

但是,现有的方法具有工序数多、繁杂、并且需要光致抗蚀剂材料等的缺点。

与之相对,利用分散有选自由金属微粒和金属氧化物微粒组成的组中的微粒的分散体将所期望的布线图案直接印刷在基板上的直接布线印刷技术(以下记载为pe(印刷电子)法)引起了人们的关注。该技术的工序数少、不必使用光致抗蚀剂材料等,生产率极高。

作为分散体,可以举出金属油墨和金属糊料。金属油墨是平均粒径为数纳米~数十纳米的金属超微粒分散在分散介质中而成的分散体。将金属油墨涂布在基板上并进行干燥,之后对其热处理时,由于金属超微粒特有的熔点降低作用,可在比金属的熔点更低的温度下进行烧结,形成具有导电性的金属膜(以下也称为导电膜)。使用金属油墨而得到的金属膜的膜厚薄、接近金属箔。

另一方面,金属糊料是将微米尺寸的金属微粒与粘合剂用树脂一起分散在分散介质中而成的分散体。由于微粒的尺寸大,因此为了防止沉降,通常以粘度相当高的状态进行供给。因此,适合利用适于粘度高的材料的丝网印刷或点胶机(dispenser)进行涂布。金属糊料中金属颗粒的尺寸大,因此具有能够形成膜厚较厚的金属膜的特征。

作为这样的金属颗粒中所应用的金属,铜受到了关注。特别是作为被广泛用作投影型静电电容式触控面板的电极材料的ito(氧化铟锡)的代替材料,从电阻率、离子(电化学)迁移、作为导体的成果、价格、储量等方面出发,铜是最有前途的。

但是,铜为数十纳米的超微粒时容易发生氧化,需要进行抗氧化处理。抗氧化处理存在妨碍烧结的课题。

为了解决这样的课题,有人提出了将铜氧化物的超微粒作为前体,在适当的气氛下利用热、活性光线等的能量将铜氧化物还原成铜,形成铜薄膜的提案(例如,参见专利文献1)。

由于铜氧化物的超微粒中的表面扩散本身在低于300℃的温度发生,因而在适当的气氛下利用能量将铜氧化物还原成铜时,铜的超颗粒相互通过烧结而形成致密的无规链,整体呈网络状,得到所期望的电气导电性。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:国际公开第2003/051562号



技术实现要素:

发明所要解决的课题

作为第1课题,对于通过使用金属油墨和金属糊料的pe法得到的金属薄膜,要求其不仅电阻率低、而且经时变化少。例如,关于银糊料,已知银在大气下容易受到氧化,氧化后电阻率上升,因此银颗粒间的电阻率经时地恶化。

但是,关于通过使用专利文献1所公开的铜氧化物的超微粒作为前体的pe法得到的金属膜,在现有技术文献还不存在针对电阻率的稳定性的研究。

另外,在工业应用中,也要求分散体在高浓度下对于经时变化具有优异的分散稳定性。

另外,作为第2课题,已知在现有的将金属氧化物的微粒通过还原进行金属化而得到金属膜的使用金属糊料的pe法中,粒径越小越容易进行烧结,在烧制处理中产生裂纹,电阻率容易降低。通过进行烧结,相接触的复数个微粒的界面发生熔合,通过相互进入另一方而生长成大颗粒,此时,颗粒的表面积减少,存在于复数个微粒间的间隙消失。其结果产生涂膜的体积收缩,基于该原因,可能会产生裂纹。这样的裂纹招致金属膜的电阻率的上升。

另外已知的是,若金属糊料的涂膜的厚度大于1μm,则不仅在烧制处理中容易产生裂纹,而且会经时地产生裂纹,金属膜的电阻率经时地发生恶化。

但是,关于通过使用专利文献1所公开的铜氧化物的超微粒作为前体的pe法得到的金属膜,在现有技术文献中还不存在针对电阻率的经时稳定性、特别是经时性的裂纹产生进行的研究。

另外,对于pe法中所使用的分散体,不仅要求其可适用于得到比较薄的涂膜的喷墨印刷,而且还要求其可适用于得到比较厚的涂膜的丝网印刷。

另外,对于金属膜,还要求容易进行焊接。例如,在常见的通用型导电性糊料中,采取通过粘结剂树脂的有效收缩而使金属颗粒(平均粒径0.5~2.0μm)物理接触的电气导通。因此,粘合剂用树脂在金属膜的表面渗出而形成覆膜,由此使焊接变得困难。另外,还要求金属膜与焊料的密合性高。

本发明是鉴于这一点而完成的,其目的之一在于提供分散稳定性高、能够在基板上形成电阻低的导电性图案的分散体以及使用其的带导电性图案的结构体的制造方法和带导电性图案的结构体。

另一目的在于提供能够适用于丝网印刷法、可得到电阻率的经时稳定性和焊接性优异的导电性图案的分散体以及使用其的导电性图案的结构体的制造方法和带导电性图案的结构体。

用于解决课题的手段

本发明人为了解决上述课题反复进行了深入研究,结果完成了本发明。本发明用于解决第1至第3中的任意一个课题。

即,本发明的一个方式的分散体的特征在于,其包含氧化铜、分散剂以及还原剂,上述还原剂的含量为下式(1)的范围,上述分散剂的含量为下式(2)的范围。

0.0001≦(还原剂质量/氧化铜质量)≦0.10(1)

0.0050≦(分散剂质量/氧化铜质量)≦0.30(2)

根据该构成,通过限定还原剂和分散剂相对于氧化铜的质量范围,分散稳定性提高,同时导电性图案的电阻有效地降低。另外,由于可以使用等离子体或光、激光进行烧制处理,因此氧化铜中的有机物被分解,氧化铜的烧制得到促进,可形成电阻低的导电性图案。

本发明的一个方式的分散体的特征在于,其包含粒径为1nm以上50nm以下的氧化铜、粒径为0.1μm以上100μm以下的铜颗粒、以及具有磷酸基的有机化合物。

根据该构成,将使用包含具有微米级粒径的铜颗粒和纳米级的氧化铜颗粒的分散体得到的涂布膜通过烧制处理进行烧结时,铜颗粒彼此结合,形成牢固的机械结构。与此同时,在铜颗粒之间存在的氧化铜颗粒通过烧制处理被还原而变化成金属铜并同时进行烧结,与铜颗粒一体化,产生电气导通,导电性图案的机械强度和电气导通提高,并且电阻率的经时稳定性提高。另外,由于不容易发生凝集,因而分散稳定性优异、并且能够进行丝网印刷。

本发明的一个方式的分散体的特征在于,其包含氧化铜、并包含具有沿一个方向伸长的形状、树枝状或扁平状的铜颗粒中的至少一种。

根据该构成,在为具有沿一个方向伸长的形状、树枝状或扁平状的铜颗粒时,容易将颗粒排列,能够较多地确保颗粒间的接点。与此同时,由于经还原的氧化铜颗粒起到作为粘合剂的作用,因而导电性图案的机械强度和电气导通提高,并且电阻率的经时稳定性。另外,由于不容易发生凝集,因而分散稳定性优异,并且能够进行丝网印刷。

本发明的一个方式的分散体优选包含铜颗粒,上述铜颗粒具有沿一个方向伸长的形状、树枝状或扁平状。

本发明的一个方式的分散体优选至少包含具有上述树枝状的形状的上述铜颗粒。

本发明的一个方式的分散体中,上述氧化铜的粒径优选为1nm以上50nm以下。

本发明的一个方式的分散体中,上述铜颗粒的质量相对于氧化铜的质量之比优选为1.0以上7.0以下。

本发明的一个方式的分散体中,上述有机化合物的质量相对于上述氧化铜的质量之比优选为0.0050以上0.30以下。

本发明的一个方式的分散体优选包含还原剂,上述还原剂的质量相对于上述氧化铜的质量之比为0.0001以上0.10以下。

本发明的一个方式的分散体优选包含还原剂,上述还原剂包含选自肼、水合肼、钠、碳、碘化钾、草酸、硫化铁(ii)、硫代硫酸钠、抗坏血酸、氯化锡(ii)、氢化二异丁基铝、甲酸、氢化硼酸钠和亚硫酸盐的组中的至少1种。

本发明的一个方式的分散体中,上述氧化铜优选包含氧化亚铜。

本发明的一个方式的分散体优选进一步包含分散介质,上述分散介质包含选自由萜品醇、γ-丁内酯、环己酮、乙醇、丙二醇、丁醇、丙醇、乙二醇单乙醚乙酸酯和四氢化萘组成的组中的至少一种。

本发明的一个方式的分散体优选进一步包含分散介质,上述分散介质包含两种以上。

本发明的一个方式的带导电性图案的结构体的制造方法的特征在于,其具备将上述分散体涂布在基板上并形成涂膜的工序、以及对上述涂膜照射激光并在上述基板上形成导电性图案的工序。

本发明的一个方式的带导电性图案的结构体的制造方法的特征在于,其具备将上述分散体以所期望的图案涂布在基板上并形成涂膜的工序、以及对上述涂膜进行烧制处理并在上述基板上形成导电性图案的工序。

本发明的一个方式的带导电性图案的结构体的制造方法中,上述烧制处理优选在包含还原气体的气氛下产生等离子体来进行。

本发明的一个方式的带导电性图案的结构体的制造方法中,上述烧制处理优选通过光照射法进行。

本发明的一个方式的带导电性图案的结构体的制造方法中,上述烧制处理优选通过以100℃以上的热对上述涂膜进行加热来进行。

本发明的一个方式的带导电性图案的结构体的制造方法中,优选将上述分散体利用气溶胶法进行涂布,形成上述所期望的图案。

本发明的一个方式的带导电性图案的结构体的制造方法中,优选将上述分散体利用丝网印刷进行涂布。

本发明的一个方式的带导电性图案的结构体的制造方法中,优选在转印体上形成上述涂膜后,由上述转印体转印至上述基板,在上述基板上形成上述涂膜。

本发明的一个方式的带导电性图案的结构体的制造方法优选具有下述工序:将上述分散体涂布至转印体后,使凸部与上述转印体接触,去除不需要的分散体,在上述转印体的表面形成所期望的图案的工序;以及使上述基板与上述转印体的表面接触,由此将上述所期望的图案转印至上述基板的工序。

本发明的一个方式的带导电性图案的结构体的制造方法中,上述导电性图案优选为天线。

本发明的一个方式的带导电性图案的结构体的制造方法中,上述导电性图案优选为网格形状。

本发明的一个方式的带导电性图案的结构体的制造方法优选进一步包括在上述导电性图案的表面的一部分形成焊料层的工序。

本发明的一个方式的带导电性图案的结构体的制造方法中,优选通过回焊法藉由上述焊料层将电子部件焊接在上述导电性图案上。

本发明的一个方式的带导电性图案的结构体的特征在于,其具备基板、在上述基板的表面形成的含有氧化亚铜的层、以及在上述含有氧化亚铜的层的表面形成的导电性层,上述导电性层为线宽1μm以上、1000μm以下的布线,上述布线包含还原铜。

本发明的一个方式的带导电性图案的结构体的特征在于,其具备基板、在上述基板的表面形成的含有氧化亚铜的层、以及在上述含有氧化亚铜的层的表面形成的导电性层,上述导电性层为线宽1μm以上、1000μm以下的布线,上述布线包含还原铜、铜和锡。

本发明的一个方式的带导电性图案的结构体的特征在于,其具备基板、以及在上述基板的表面形成的导电性图案,上述导电性图案为线宽1μm以上、1000μm以下的布线,上述布线包含还原铜、磷和空隙。

本发明的一个方式的带导电性图案的结构体的特征在于,其具备基板、以及在上述基板的表面形成的导电性图案,上述导电性图案为线宽1μm以上、1000μm以下的布线,上述布线包含还原铜、铜和锡。

本发明的一个方式的带导电性图案的结构体中,上述铜的晶粒尺寸优选为0.1μm以上、100μm以下。

本发明的一个方式的带导电性图案的结构体中,上述导电性层或上述导电性图案的表面的表面粗糙度优选为500nm以上4000nm以下。

本发明的一个方式的带导电性图案的结构体中,优选上述布线能够作为天线利用。

本发明的一个方式的带导电性图案的结构体中,优选在上述导电性层或上述导电性图案的表面的一部分形成有焊料层。

本发明的一个方式的带导电性图案的结构体的特征在于,其具备基板、以及在上述基板表面形成的导电性图案,上述导电性图案为线宽1μm以上、1000μm以下的布线,上述布线包含还原铜、氧化铜和磷,按照覆盖上述布线的方式配置有树脂。

发明的效果

根据本发明,能够在基板上形成电阻低的导电性图案,且分散稳定性高。

另外,能够适用于丝网印刷法,可得到电阻率的经时的稳定性和焊接性优异的导电性图案。

附图说明

图1是示出将第3实施方式的分散体涂布至基板并进行烧制处理之前的、氧化铜和具有树枝状的形状的铜颗粒的状态的示意图。

图2是示出本实施方式的带导电性图案的结构体的截面示意图。

图3是示出本实施方式的带导电性图案的结构体的制造方法中在烧制中使用激光照射的情况下的各工序的说明图。

图4是示出本实施方式的带导电性图案的结构体的制造方法中在烧制中使用等离子体的情况下的各工序的说明图。

图5是说明本实施方式的使用转印体的涂膜的形成方法的图。

图6是说明本实施方式的使用转印体的涂膜的形成方法的另一实例的图。

图7是说明本实施方式的在转印体上形成图案的方法的图。

图8是示出本实施方式的氧化铜与磷酸酯盐的关系的示意图。

图9是本实施方式的形成有焊料层的带导电性图案的结构体的俯视图。

具体实施方式

以下,为了例示本发明的实施方式(以下称为“本实施方式”)而进行详细说明,但本发明并不限于本实施方式。

<第1实施方式>

第1实施方式的分散体的特征在于,其包含(1)氧化铜、(2)分散剂、(3)还原剂。通过使分散体包含还原剂,在烧制中可促进氧化铜还原成铜,促进铜的烧结。

还原剂的含量满足下式(1)的范围。还原剂的质量比例为0.0001以上时,分散稳定性提高,且铜膜的电阻降低。另外,还原剂的质量比例为0.1以下时,分散体的长期稳定性提高。

0.0001≦(还原剂质量/氧化铜质量)≦0.10(1)

另外,分散剂的含量满足下式(2)的范围。由此可抑制氧化铜的凝集,分散稳定性提高。

0.0050≦(分散剂质量/氧化铜质量)≦0.30(2)

通过限定还原剂和分散剂相对于氧化铜的质量范围,第1实施方式的分散体的分散稳定性提高,同时导电膜的电阻有效地降低。另外,由于可以使用等离子体或光、激光进行烧制处理,因此氧化铜中的有机物发生分解、氧化铜的烧制得到促进,可形成电阻低的导电膜。因此,能够提供电磁波屏蔽、电路等各种铜布线。

另外,第1实施方式的分散体优选包含铜颗粒,铜颗粒具有沿一个方向伸长的形状、树枝状或扁平状。第1实施方式的分散体更优选至少包含具有树枝状的形状的铜颗粒。由此,与例如球状、正多面体状等长宽比小的颗粒相比,具有特定形状的铜颗粒容易相互缠结或排列。因此,能够较多地确保颗粒彼此的接点,在利用烧制处理进行涂膜的烧结时,可形成牢固的机械结构,可抑制所得到的导电膜中产生裂纹。

另外,第1实施方式的分散体优选包含铜颗粒,铜颗粒的粒径优选为0.1μm以上100μm以下、进一步优选为0.5μm以上50μm以下、特别优选为1.0μm以上10μm以下。由此,抑制裂纹产生的效果高,并且纳米级的氧化铜的超微粒进入到铜颗粒之间,容易作为粘合剂起作用。并且能够防止铜颗粒本身的机械强度减小。

另外,第1实施方式的分散体中,氧化铜的粒径优选为1nm以上50nm以下。由此,容易进行烧结,并且氧化铜容易进入到铜颗粒之间,因此容易作为粘合剂起作用。并且能够减少分散剂的用量、容易进行烧制处理。

这样,在将使用包含具有微米级的粒径的铜颗粒和纳米级的氧化铜颗粒的分散体而成的涂膜通过烧制处理进行烧结时,铜颗粒彼此结合,形成牢固的机械结构。

<第2实施方式>

本发明人进行了深入研究,结果可知,在分散体中,通过将具有特定粒径的氧化铜颗粒和具有特定粒径的铜颗粒组合使用、以及通过使用分散剂,可抑制烧结时产生的裂纹和经时产生的裂纹这两者,可得到电阻率低且电阻率的经时稳定性优异的导电膜。

另外可知,上述的分散体中,尽管以高浓度含有超微粒,但仍难以凝集。因此可知其也适用于丝网印刷法,印刷性优异。而且还可知,上述分散体在高浓度下对于经时变化显示出优异的分散稳定性,在长期间保存后也可进行丝网印刷。

此外可知,上述分散体通过使用丝网印刷能够以较厚的膜厚形成涂膜,因此能够利用所得到的导电膜导通大量的电流。

另外可知,对于使用了上述分散体的导电膜的焊接性良好。

本发明人基于这样的新观点完成了本发明。即,第2实施方式的分散体的特征在于,其包含粒径为1nm以上50nm以下的氧化铜、粒径为0.1μm以上100μm以下的铜颗粒、以及具有磷酸基的有机化合物。

此处的粒径为氧化铜颗粒和铜颗粒的一次颗粒的平均粒径。

根据第2实施方式的分散体,在将上述这样的使用了包含具有微米级的粒径的铜颗粒和纳米级的氧化铜颗粒的分散体而成的涂膜通过烧制处理进行烧结时,铜颗粒彼此结合,形成牢固的机械结构。并且,由于在铜颗粒之间存在氧化铜颗粒,因而其通过烧制处理被还原而变化成金属铜并同时进行烧结,与铜颗粒一体化,产生电气导通。换言之,氧化铜颗粒对铜颗粒起到作为粘合剂的作用。因此,在所得到的导电膜中,可抑制烧结时的急剧变形和因残留变形所致的裂纹产生。另外还可形成以铜颗粒与被还原的铜氧化物颗粒作为导体的通路,能够降低电阻率。其结果,能够得到电阻率低、且电阻率的经时稳定性高的导电膜。

第2实施方式的分散体中,氧化铜颗粒的粒径的上限值为50nm。这是由于,若为该上限值以下,则容易进行烧结、并且氧化铜颗粒容易进入到铜颗粒之间,所以容易起到作为粘合剂的作用。

通过使氧化铜颗粒为这样的尺寸,由于金属超微粒特有的熔点降低,可在比金属的熔点更低的温度下进行烧结、形成导电膜。

需要说明的是,若金属颗粒的粒径充分小,则存在于颗粒的表面的能量状态高的原子在整体中所占的比例增大,原子的表面扩散增大到不容忽视的程度。其结果,因表面扩散而引起颗粒相互的界面的延伸,可在比金属的熔点更低的温度下进行烧结,将该现象称为熔点降低。

另一方面,氧化铜颗粒的粒径的下限值为1nm。这是由于,为该下限值以上时,能够减少分散剂的用量,容易进行烧制处理。

需要说明的是,粒径从通过对氧化铜颗粒进行还原处理而得到的金属铜的致密性和电气特性的方面出发来确定。进而,考虑到树脂基板的使用,从降低对基板带来的损害的方面出发,烧制条件需要进一步低温化,因此优选粒径更小。一次粒径为50nm以下的情况下,根据后述的烧制处理中的条件,具有能够按照不会对基板带来损害的方式降低投入能量的倾向。

另外,第2实施方式的分散体中,铜颗粒的粒径的上限值为100μm。这是由于,该粒径为该上限值以下时,抑制产生裂纹的效果高,并且纳米级的氧化铜的超微粒进入到铜颗粒之间,容易作为粘合剂起作用。

另一方面,铜颗粒的平均粒径的下限值为0.1μm。由此,能够防止铜颗粒本身的机械强度变小。

另外,第2实施方式的分散体包含比较大的铜颗粒、并且包含分散剂。作为分散剂,只要能够分散氧化铜颗粒就可以无限制地使用,但优选为具有磷酸基的有机化合物。因此,尽管包含比较小的氧化铜颗粒,也不容易发生凝集,能够适当地用于丝网印刷法中。能够防止凝集的颗粒堵塞丝网印刷法中使用的印刷装置中的从油墨的贮留容器向筛网的供给通路或者筛网等。另外,由于第2实施方式的分散体在高浓度下显示出对经时变化的优异的分散稳定性,因此即使在长期间保存后也可进行丝网印刷。

丝网印刷适于形成能够流通大量电力的导电膜,例如为100μm的宽度比较宽的线状图案,并且能够形成膜厚比较厚的涂膜。第2实施方式的分散体能够适当地用于目前使用昂贵的银油墨的用途中。另外,使用银油墨的丝网印刷装置已经普及,由于能够使用现有的丝网印刷装置,因此容易进行从银油墨向铜油墨的替换。

另外,将第2实施方式的分散体利用丝网印刷涂布在基板上时,由于包含比较大的铜颗粒,因此涂膜变得蓬松,其结果,能够形成膜厚比较厚的涂膜。

能够将使用铜的分散体进行丝网印刷来形成涂膜时,如上所述能够形成厚的涂膜,作为结果,能够形成厚膜(例如1μm以上100μm以下)的导电膜。具备这样的膜厚的导电膜的导电性基板的导电性高,因而适于透明导电膜、电磁波屏蔽等用途。根据第2实施方式的分散体,可将银置换成铜,能够大幅削减这些制品的成本。

需要说明的是,第2实施方式中,印刷是指利用油墨(本发明的分散体的一个方式)在介质上构成所期望的图案(通常包括文字、图像、花纹等),其是包括在涂布中的概念。

另外,第2实施方式的分散体中,通过烧制操作,使焊接性变差的分散介质等有机成分发生分解,因此焊料对使用分散体得到的导电膜的润湿性增高,容易进行焊接。

另外,第2实施方式的分散体中,优选铜颗粒具有沿一个方向伸长的形状、树枝状或扁平状。另外,第2实施方式的分散体更优选至少包含具有树枝状的形状的铜颗粒。由此,与例如球状、正多面体状等长宽比小的颗粒相比,具有特定形状的铜颗粒容易相互缠结或排列。因此,能够较多地确保颗粒彼此的接点,在利用烧制处理进行涂膜的烧结时,可形成牢固的机械结构,可抑制所得到的导电膜中产生裂纹。

第2实施方式的分散体中,优选有机化合物的质量相对于氧化铜颗粒的质量之比为0.0050以上0.30以下。通过使作为分散剂的具有磷酸基的有机化合物处于该范围,可抑制氧化铜的凝集、分散稳定性提高。

<第3实施方式>

本发明人还进行了深入研究,结果可知,通过使用包含氧化铜颗粒、以及具有特定的颗粒形状的铜颗粒的分散体,可抑制烧结时产生的裂纹和经时产生的裂纹这两者,可得到电阻率低且电阻率的经时稳定性优异的导电膜。

另外可知,上述的分散体尽管以高浓度含有超微粒,但仍难以凝集。因此可知其可适用于丝网印刷法,印刷性优异。而且还可知,上述分散体在高浓度下对于经时变化显示出优异的分散稳定性,在长期间保存后也可进行丝网印刷。

此外可知,上述分散体通过使用丝网印刷能够以较厚的膜厚形成涂膜,因此能够利用所得到的导电膜导通大量的电流。

另外可知,对于使用了上述分散体的导电膜的焊接性良好。

本发明人基于这样的新观点完成了本发明。即,第3实施方式的分散体的特征在于,其包含氧化铜,并包含具有沿一个方向伸长的形状、树枝状或扁平状的铜颗粒(以下也记载为具有特定形状的铜颗粒)中的至少一种。

颗粒的形状为沿一个方向伸长的形状可以如下进行说明。首先,此处,形状是指一次颗粒的形状。其次,设颗粒的伸长方向为纵向、纵向的最大值为长度(l)。设与纵向正交的方向为宽度方向,设宽度方向的最大值为宽度(w)。将颗粒的长度(l)相对于宽度(w)之比定义为长宽比。长宽比大于1的形状可以说是沿一个方向伸长的形状。

关于沿一个方向伸长的形状,具体地说,可以举出针状、柱状、线状、绳状、金属丝状、棒状、纺锤状等。此处,针状与柱状的差异不是形状的差异,而是由颗粒大小所致的。即,即使为相同形状,也将宽度(w)比较大的称为柱状、将宽度(w)小的称为针状。

沿一个方向伸长的形状并不限于沿着颗粒的伸长方向的截面尺寸一定的情况,也可以存在比其他部分大或小的部分。这种情况下的宽度(w)是指将该颗粒视为体积相等的圆柱时该圆柱的底面的直径。

另外,颗粒的截面的形状没有特别限定,可以为圆、三角形、四边形、其以上的多边形、由曲线或直线连结而成的形状。

另外,颗粒并不限于沿伸长方向笔直地延伸的形状,也可以为弯曲地延伸的形状。这种情况下,颗粒的形状被称为毛状、线状、绳状、金属丝状等。

颗粒的形状为沿一个方向伸长的形状时,颗粒容易排列,能够确保颗粒间较多的接点。从这方面出发,颗粒的长宽比优选为3以上。

另外,第3实施方式中,树枝状可以如下所说明。首先,此处的形状是指一次颗粒的形状。其次,树枝状的形状由具有上述沿一个方向伸长的形状的主干和从该主干上分支出的至少1分枝构成。该形状也被称为枝晶状。

颗粒的形状为树枝状的形状时,颗粒容易排列,能够确保颗粒间较多的接点。另外,颗粒的形状为树枝状的形状时,颗粒彼此能够三维缠结。从这些方面出发,该颗粒的主干的长宽比优选为3以上。另外,分枝数没有特别限定,优选为2以上、特别优选为3以上。需要说明的是,主干的长宽比与上述具有沿一个方向伸长的形状的颗粒中说明的情况相同。

另外,第3实施方式,扁平状可以如下述所说明。首先,此处的形状是指一次颗粒的形状。其次,扁平状是指具有形成了平面或曲面的主面的形状。设该主面的最大长度(a)为纵、设与长(a)正交的最大长度(b)为横。将该颗粒的主面的纵(a)长相对于厚度(c)之比定义为长宽比。长宽比大于3的形状可以说是扁平状。

扁平状具体地说可以举出板状、叶片状、鳞片状(也称为薄片状)等。此处,板状、叶片状、以及鳞片状的差异不是形状的差异,而是由颗粒大小所致的。即,即使为相同形状,也将厚度(c)比较厚的称为板状、更薄的称为叶片状、进而更薄的称为鳞片状。

颗粒的形状为扁平状时,颗粒容易排列,能够确保颗粒间较多的接点。从这方面出发,该颗粒的长宽比优选为5以上。

第3实施方式的分散体中,更优选至少包含具有树枝状的形状的铜颗粒。

根据第3实施方式的分散体,与例如球状、正多面体状等长宽比较小的颗粒相比,具有特定形状的铜颗粒容易相互缠结或排列。因此,能够确保颗粒彼此较多的接点。

因此,在将涂膜通过烧制处理进行烧结时,可形成牢固的机械结构。并且,由于在铜颗粒之间存在氧化铜颗粒,因此其通过烧制处理被还原而变化成金属铜并同时进行烧结,与铜颗粒一体化,产生电气导通。换言之,氧化铜颗粒起到作为针对铜颗粒的粘合剂的作用。因此,在所得到的导电膜中,可抑制烧结时的急剧变形和因残留变形所致的裂纹产生。另外还可以形成以铜颗粒与被还原的铜氧化物颗粒作为导体的通路,能够降低电阻率。其结果,能够得到电阻率低、且电阻率的经时稳定性高的导电膜。

第3实施方式的分散体包含具有特定形状的铜颗粒。因此,分散体不容易发生凝集,能够适当地用于丝网印刷法中。能够防止凝集的颗粒堵塞丝网印刷法中使用的印刷装置中的从油墨的贮留容器向筛网的供给通路或者筛网等。

第3实施方式的分散体能够适当地用于目前使用昂贵的银油墨的用途中。另外,使用银油墨的丝网印刷装置已经普及,由于能够使用现有的丝网印刷装置,因此容易进行从银油墨向铜油墨的替换。

另外,将第3实施方式的分散体利用丝网印刷涂布在基板上时,由于包含具有特定形状的铜颗粒,因此涂膜变得蓬松,其结果,能够形成膜厚比较厚的涂膜。

具备这样的膜厚的导电膜的导电性基板的导电性高,因而适于透明导电膜、电磁波屏蔽等用途。根据第3实施方式的分散体,可将银置换成铜,能够大幅削减这些制品的成本。

另外,第3实施方式的分散体中,由于包含具有特定形状的铜颗粒,因此不容易发生凝集,在高浓度下显示出对经时变化的优异的分散稳定性。因此,即使在长期保存后也能够进行丝网印刷。

另外,第3实施方式的分散体中,通过烧制操作,使焊接性变差的分散介质等有机成分发生分解,因此焊料对使用分散体得到的导电膜的润湿性增高,容易进行焊接。

特别是,第3实施方式的分散体中包含具有树枝状的形状的铜颗粒的情况下,上述的效果提高,这是最佳的。

图1是示出将第3实施方式的分散体涂布至基板并进行烧制处理之前的、氧化铜和具有树枝状的形状的铜颗粒的状态的示意图。如图1所示,在烧制前的涂膜1中,复数个具有树枝状的形状的铜颗粒5相互缠结或排列。因此,铜颗粒5彼此在复数个接点x进行接触。并且,粒径小的氧化铜颗粒2进入到这些铜颗粒5之间。

由于具有树枝状的形状的铜颗粒5以从主干5a分支出的分枝5b相互接触,因此与无分枝、具有沿一个方向伸长的形状的铜颗粒相比,接点x增多。其结果,在分散体和涂膜1中,铜颗粒5更容易分散、不容易凝集。其结果,可更显著地发挥出上述的效果。

另外,第3实施方式的分散体中,铜颗粒的粒径优选为0.1μm以上100μm以下、进一步优选为0.5μm以上50μm以下、特别优选为1.0μm以上10μm以下。由此,抑制裂纹产生的效果高,并且纳米级的氧化铜的超微粒进入到铜颗粒之间,容易作为粘合剂起作用。并且能够防止铜颗粒本身的机械强度减小。

另外,第3实施方式的分散体中,氧化铜的粒径优选为1nm以上50nm以下。由此,容易进行烧结,并且氧化铜容易进入到铜颗粒之间,因此容易作为粘合剂起作用。并且能够减少分散剂的用量、容易进行烧制处理。

这样,在将使用包含具有微米级的粒径的铜颗粒和纳米级的氧化铜颗粒的分散体而成的涂膜通过烧制处理进行烧结时,铜颗粒彼此结合,形成牢固的机械结构。

<其他方式>

另外,上述第2和第3实施方式的分散体中,铜颗粒的质量相对于氧化铜颗粒的质量之比优选为0.5以上10以下。另外,铜颗粒的质量相对于氧化铜颗粒的质量之比更优选为1.0以上7.0以下。另外,铜颗粒的质量相对于氧化铜颗粒的质量之比进一步优选为1.5以上6.0以下。铜颗粒质量比例为该范围内时,存在大量的氧化铜,因此经还原而得到的铜颗粒彼此的接合充分。因此,烧制后的导电膜的机械强度提高。另外,可充分发挥出由经还原而得到的铜颗粒所带来的裂纹抑制效果。

另外,上述第2和第3实施方式的分散体中优选包含还原剂,还原剂的质量相对于氧化铜的质量之比优选为0.0001以上0.10以下。通过规定还原剂的质量比,分散稳定性提高、且铜膜的电阻降低,并且分散体的长期稳定性提高。另外,抑制裂纹产生的效果高,并且纳米级的氧化铜的超微粒进入到铜颗粒之间,容易作为粘合剂起作用。并且能够防止铜颗粒本身的机械强度减小。由于包含比较大的铜颗粒、并且包含具有磷酸基的有机化合物作为分散剂,因此尽管包含比较小的氧化铜颗粒,也不容易凝集。

另外,上述第1-第3实施方式中,优选包含还原剂,还原剂选自肼、水合肼、钠、碳、碘化钾、草酸、硫化铁(ii)、硫代硫酸钠、抗坏血酸、氯化锡(ii)、氢化二异丁基铝、甲酸、氢化硼酸钠、亚硫酸盐的组中的至少1种。由此,氧化铜的分散稳定性提高,同时导电膜的电阻降低。

另外,还原剂特别优选为肼或水合肼。通过使用肼或水合肼作为分散体的还原剂,氧化铜的分散稳定性进一步提高,同时在烧制中有助于氧化铜的还原,导电膜的电阻进一步降低。另外,在反转印刷中,能够控制分散体的干燥速度。另外能够形成高精细(例如,0.1~5μm)的线宽的铜线,特别是5μm以下的线宽的铜线不会被人眼看到,因而适合作为透明导电性膜。

另外,第1-第3实施方式中,氧化铜优选为氧化亚铜。由此,氧化铜的还原变得容易,能够容易地对通过还原产生的铜进行烧结。

另外,第1-第3实施方式中,优选进一步包含分散介质,分散介质为选自由萜品醇、γ-丁内酯、环己酮、乙醇、丙二醇、丁醇、丙醇、乙二醇单乙醚乙酸酯和四氢化萘组成的组中的至少一种。这些分散介质可以具有还原作用,但在分散体中包含上述还原剂的情况下,发挥出作为分散介质的功能。

另外,第1-第3实施方式中,优选进一步包含分散介质,并且包含两种以上分散介质。

<带导电性图案的结构体>

带导电性图案的结构体的特征在于,其具备基板、以及在基板的表面形成的导电性图案,导电性图案为线宽1μm以上、1000μm以下的布线,包含还原铜、磷和空隙。利用该构成,如下文所述,能够在所期望的形状的基板上形成良好形状的布线。

带导电性图案的结构体的特征在于,其具备基板、以及在基板的表面形成的导电性图案,导电性图案为线宽1μm以上、1000μm以下的布线,布线包含还原铜、铜和锡。

另外,带导电性图案的结构体的特征在于,其具备基板、在基板的表面形成的含有氧化亚铜的层、以及在含有氧化亚铜的层的表面形成的导电性层,导电性层为线宽1μm以上、1000μm以下的布线,布线包含还原铜。

另外,带导电性图案的结构体的特征在于,其具备基板、形成在基板的表面的含有氧化亚铜的层、以及形成在含有氧化亚铜的层的表面的导电性层,导电性层为线宽1μm以上、1000μm以下的布线,布线包含还原铜、铜和锡。含有氧化亚铜的层是铜与氧之比cu/o为0.5以上3.0以下的层。通过将带导电性图案的结构体的截面利用edx法进行分析,能够对含有氧化亚铜的层中的cu/o进行定量。

带导电性图案的结构体中,布线优选能够用作天线。利用该构成,能够形成形状良好的天线。

带导电性图案的结构体中,优选在导电性层或导电性图案的表面的一部分形成焊料层。由于导电性图案是上述分散体的氧化铜经烧制而形成的,因此在烧制工序中,有机粘结剂发生分解。因此,在导电性图案中,焊料的润湿性高、能够容易地形成焊料层,由此,与不使用上述的分散体而形成的导电性图案相比,导电性图案中的电子部件的焊接更加容易。

另外,带导电性图案的结构体的特征在于,其具备基板、以及在基板的表面形成的导电性图案,导电性图案为线宽1μm以上、1000μm以下的布线,包含还原铜、氧化铜和磷,按照覆盖布线的方式配置有树脂。

(带导电性图案的结构体的构成)

在使用第1-第3实施方式的分散体时,可以通过烧制的方法得到两种带导电性图案的结构体。图2为示出本实施方式的带导电性图案的结构体的截面示意图。利用上述分散体在基板上形成涂膜,利用激光照射对分散体的氧化铜颗粒进行烧制,由此可以得到图2a的带导电性图案的结构体。利用分散体将所期望的图案印刷在基板上,利用等离子体对其进行烧制,由此可以得到图2b的带导电性图案的结构体。

如图2a所示,带导电性图案的结构体10可以具备基板11以及表层14,该表层14是绝缘区域12和导电性图案区域13相互相邻地配置而成的,该绝缘区域12是在基板11所构成的面上在截面观察时包含氧化铜和含磷有机物的区域,该导电性图案区域13包含氧化铜通过烧制而被还原得到的还原铜。在导电性图案区域13包含源自作为分散剂的含磷有机物的磷元素。导电性图案区域13是通过将作为分散体的氧化铜油墨烧制而形成的,因而在烧制的工序中,分散体中包含的有机粘结剂发生分解,所得到的导电性图案区域13中,焊料的润湿性提高。由此,与不使用分散体而形成的导电性图案相比,导电性图案区域13的表面能够容易地形成后述的焊料层,电子部件的焊接容易。

如图2b所示,带导电性图案的结构体10可以具备基板11、以及在基板11所构成的面上在截面观察时包含还原铜的导电性图案区域13。在导电性图案区域13中包含磷元素。导电性图案区域13中,分散体所含有的有机粘结剂在分散体的烧制的工序中被有效地分解,因此导电性图案区域13中,焊料的润湿性有效地提高。由此,能够更容易地在导电性图案区域13的表面形成焊料层。

另外,在导电性图案区域13可以包含一部分的作为在烧制的工序中未被还原的氧化铜颗粒的例如氧化亚铜。在导电性图案区域13中可以包含第2和第3实施方式的分散体的铜颗粒经烧制而得到的铜,并且也可以包含锡。另外,在绝缘区域12和导电性图案区域13中可以包含空隙。通过使导电性图案区域13具有空隙(空壁),焊料进入到此处,导电性图案区域13与焊料层的密合性提高。另外,焊料是指包含锡的金属。

另外,表层14并非意味着整体为均质的,也可以像绝缘区域12与导电性图案区域13的关系那样在电气导电性、颗粒状态(烧制和未烧制)等方面存在差异,还可以在两者之间存在边界(界面)。

这种情况下,例如如图2c所示,在导电性层18中,在基板11的表面可以形成含有氧化亚铜的层17,包含作为在烧制的工序中未被还原的氧化铜颗粒的例如氧化亚铜。在含有氧化亚铜的层17的表面形成包含氧化铜颗粒被还原而得到的还原铜的导电性层18。这样,通过形成含有氧化亚铜的层17,基板11与导电性层18的密合性提高,因而优选。从基板11与导电性层18的密合性的方面出发,含有氧化亚铜的层17的层厚度优选为0.005μm以上8μm以下,更优选为0.05μm以上5μm以下,进而更优选为0.1μm以上3μm以下,特别优选为0.2μm以上1μm以下。

另外,如图2d所示,在导电性层18中可以包含氧化铜颗粒被还原而得到的还原铜(cu)、并且包含第2和第3实施方式的分散体的铜颗粒经烧制而得到的铜(cup)。另外,导电性层18中可以包含空隙。通过使导电性层18具有空隙,焊料中包含的锡(sn)进入到空隙中。由此,导电性层18与焊料层的密合性提高。此外,通过使铜(cup)的周边具有还原铜(cu),导电性层18与锡(sn)的密合性进一步增加。此时的还原铜(cu)的粒径优选为5~20nm。

另外,导电性图案区域13和导电性层18中包含的铜的晶粒尺寸优选为0.1μm以上100μm以下,进一步优选为0.5μm以上50μm以下,特别优选为1.0μm以上10μm以下。此处,晶粒尺寸是指烧制后的金属的尺寸。由此,导电性图案区域13和导电性层18与焊料层的密合性提高。

另外,导电性图案区域13和导电性层18的表面的表面粗糙度优选为500nm以上4000nm以下,更优选为750nm以上3000nm以下,进而更优选为1000nm以上2000nm以下。由此,焊料层容易附着在导电性图案区域13和导电性层18,导电性图案区域13和导电性层18与焊料层的密合性提高。

通过如图2所示形成导电性图案区域13或导电性层18,能够描绘出线宽为0.1μm以上1cm以下的布线,能够作为铜布线或天线利用。有效利用上述分散体中包含的氧化铜颗粒的纳米颗粒的特长,导电性图案区域13或导电性层18的线宽更优选为0.5μm以上10000μm以下,进一步优选为1μm以上1000μm以下,进而更优选为1μm以上500μm以下,更进一步优选为1μm以上100μm以下,特别优选为1μm以上5μm以下。线宽为5μm以下时,无法视觉辨认出作为布线的导电性图案区域13或导电性层18,因而从美观性的方面出发是优选的。

另外,导电性图案可以形成为网格形状。网格状是指格子状的布线,由此使透过率提高,呈透明,因而优选。

本实施方式中使用的基板是具有形成涂膜的表面的基板,其可以具有板形状、也可以为立体物。本实施方式中,也可以在包含立体物构成的曲面或台阶等的面上形成导电性图案。本实施方式中的基板是指用于形成布线图案的电路基板片的基板材料、或带布线的壳体的壳体材料等。

另外,可以按照覆盖表层14或导电性图案区域13的方式设置光线透过性的树脂层(未图示)。在后述的带导电性图案的结构体10的制造方法中,树脂层可以防止在光照射时涂膜与氧接触,促进氧化铜的还原。由此,在光照射时不需要使涂膜的周围无氧或低氧气氛的例如用于形成真空气氛或惰性气体气氛的设备,能够削减制造成本。另外,树脂层能够防止导电性图案区域13由于光照射的热等的作用而发生剥离或飞散。由此,能够高成品率地制造出带导电性图案的结构体10。

<带导电性图案的结构体的制造方法>

带导电性图案的结构体的制造方法的特征在于,其具备将上述分散体涂布在基板上而形成涂膜的工序、以及对涂膜照射激光而在基板上形成导电性图案的工序。通过利用激光照射进行烧制,能够一次性进行分散体的铜颗粒的烧制和导电性图案的形成。

另外,带导电性图案的结构体的制造方法的特征在于,其具备将上述分散体以所期望的图案涂布在基板上而形成涂膜的工序、以及对涂膜进行烧制处理而在基板上形成导电性图案的工序。

此时,烧制处理优选在包含还原性气体的气氛下产生等离子体来进行。另外,烧制处理优选通过光照射法进行。另外,烧制处理优选通过以100℃以上的热对涂膜进行加热来进行。

[导电膜(导电性图案)形成方法]

本实施方式的导电膜的形成方法中,将涂膜中的氧化铜还原而生成铜,通过其本身的熔接以及与加入到作为分散体的氧化铜油墨中的铜颗粒的熔接、一体化而形成导电膜(铜膜)。将该工序称为烧制。因此,只要为能够基于氧化铜的还原和熔接、与铜颗粒的一体化而形成导电膜的方法就没有特别限制。本实施方式的导电膜的形成方法中的烧制例如可以利用烧制炉进行,也可以将等离子体、红外线、闪光灯、激光器等单独或组合使用来进行。在烧制后,能够在导电膜的一部分形成后述的焊料层。

参照图3,对在本实施方式的烧制中使用激光照射的情况下的带导电性图案的结构体的制造方法更具体地进行说明。图3是示出本实施方式的带导电性图案的结构体的制造方法中在烧制中使用激光照射的情况下的各工序的说明图。在图3中的(a)中,将乙酸铜溶解在水、丙二醇(pg)的混合溶剂中,加入肼进行搅拌。

接着,在图3中的(b)、(c)中,通过离心分离,分离成上清和沉淀物。接着,在图3的(d)中,在所得到的沉淀物中加入分散剂和醇,进行分散。

接下来,在图3中的(e)、(f)中,利用uf膜组件反复进行浓缩和稀释,进行溶剂置换,得到含有氧化铜的分散体i(氧化铜油墨)。

在图3中的(g)、(h)中,将分散体i通过喷涂法涂布在例如pet制造的基板(图3(h)中记载为“pet”)上,形成包含氧化铜和含磷有机物的涂布层(涂膜)(图3(h)中记载为“cu2o”)。

接着,在图3中的(i)中,对涂布层进行例如激光照射,对涂布层的一部分进行选择性烧制,将氧化铜还原成铜(图3(i)中记载为“cu”)。其结果,图3中的(j)中,得到了在基板上形成有表层的带导电性图案的结构体,该表层是包含氧化铜和含磷有机物的绝缘区域(图3(j)中记载为“a”)与包含铜和磷元素的导电膜(导电性图案)区域(图3(j)中记载为“b”)相互相邻地配置而成的。导电性图案区域可以作为布线利用。

另外,在导电性图案区域中可以包含作为在烧制的工序中未被还原的氧化铜颗粒的例如氧化亚铜。在绝缘区域和导电性图案区域中可以包含第2和第3实施方式的分散体的铜颗粒经烧制而得到的铜,并且也可以包含锡。另外,在绝缘区域和导电性图案区域中可以包含空隙。通过使导电性图案区域具有空隙,焊料进入到此处,导电性图案区域与焊料层的密合性提高。

另外,表层并非意味着整体为均质的,也可以像绝缘区域与导电性图案区域的关系那样在电气导电性、颗粒状态(烧制和未烧制)等方面存在差异,还可以在两者之间存在边界(界面)。通过在基板与表层之间形成未被还原的氧化铜的层,基板与表层的密合性提高,因而优选。

由此,通过利用激光照射进行烧制,能够一次性进行分散体的铜颗粒的烧制和导电性图案区域的形成。另外,通过铜颗粒的烧制,分散体中包含的有机粘结剂被分解,因此所得到的导电性图案的焊料的润湿性提高。

接着,参照图4对于在本实施方式的烧制中使用等离子体的情况下的带导电性图案的结构体的制造方法更具体地进行说明。图4是示出本实施方式的带导电性图案的结构体的制造方法中在烧制中使用等离子体的情况下的各工序的说明图。关于图4中的(a)-(f)的工序,与图3相同。

图4中的(g)、(k)中,在例如pet制造的基板上将分散体i通过例如喷墨印刷以所期望的图案进行印刷,形成包含氧化铜和含磷有机物的涂布层(图3(k)中记载为“cu2o”)。

接着,图4中的(k)中,对涂布层进行例如等离子体照射,对涂布层进行烧制,将氧化铜还原成铜。其结果,图4中的(l)中,得到了在基板上形成了包含铜和磷元素的导电性图案区域(图4(l)中记载为“b”)的导电性基板。

这样,通过利用等离子体照射进行烧制,可以进行利用喷墨印刷等以所期望的图案进行了印刷的分散体的铜颗粒的烧制。另外,由于分散体中包含的有机粘结剂被有效地分解,因此所得到的导电性图案中,焊料的润湿性有效地提高。

(基于分散体的在基板性形成涂膜的形成方法)

另外,在带导电性图案的结构体的制造方法中,所期望的图案的形成优选通过利用气溶胶法涂布分散体来进行,另外优选通过丝网印刷涂布分散体来进行。第1-第3方式的分散体的粘度和流动特性适于丝网印刷,因而能够适当地用于丝网印刷。

另外,在带导电性图案的结构体的制造方法中,优选在转印体上形成涂膜后,从转印体转印至基板,在基板上形成涂膜。

图5是说明本实施方式的使用转印体的涂膜的形成方法的图。图6是说明本实施方式的使用转印体的涂膜的形成方法的另一实例的图。

如图5所示,将分散体31以所期望的图案转印至转印体30。之后,将例如圆柱状的基板40(截面观察为圆形状)载置在转印体30的转印有分散体31的面上后,将挤压板50盖在基板40上。一边利用挤压板50将基板40按压在转印体30上,一边使基板40在转印体30上旋转。由此,转印体30的分散体31被转印至基板40。

这样,在将基板40按压在转印体30的转印有分散体31的面时,转印体30与基板40进行线接触。因此,基板40的印刷面不仅在平面的情况下能够进行精细的印刷,而且在为弯曲面或印刷面有起伏的情况下也能够进行精细的印刷。

另外,如图6a所示,将分散体31以所期望的图案转印至转印体30。之后,一边将转印体30按压在基板40上,一边使转印体30在印刷方向上相对于基板40进行相对移动,由此,如图6b所示,可将转印体30的分散体31转印至基板40上。转印体30可以如图5所示为板状,也可以如图6所示具有曲面。这样,由于利用规定的挤压力进行分散体31的从转印体30向基板40的转印,由此,即使在基板40的印刷面弯曲的情况下,也能够进行良好的印刷。

另外,带导电性图案的结构体的制造方法中的所期望的图案的形成优选的特征在于,其具有下述工序:将分散体涂布至转印体后,使凸部与转印体接触,去除不需要的分散体,在转印体的表面形成所期望的图案的工序;以及使基板与转印体的表面接触,由此将所期望的图案转印至基板的工序。

使用图7对于在转印体上形成所期望的图案的形成方法进行说明。图7是说明本实施方式的在转印体上形成图案的方法的图。

如图7所示,通过使例如模具的凸部60与涂布在转印体30的表面的分散体31接触,将凸部60所接触的部分的分散体从转印体30的表面去除。由此,在转印体30的表面形成分散体31的所期望的图案。之后,通过使该形成了所期望的图案的转印体30与基板40接触,能够将所期望的图案转印至基板40(参照图3和图4b)。关于分散体31向转印体30的表面的涂布方法,只要能够将分散体31均匀地涂布在转印体30的表面就没有特别限定。

另外,带导电性图案的结构体中,导电性图案优选为天线。另外,导电性图案可以形成为网格形状。另外,导电性图案优选为线宽1μm以上1000μm以下。

另外,带导电性图案的结构体的制造方法中,优选进一步包括在导电性图案的表面的一部分形成焊料层的工序。在铜的烧制工序中,涂膜中包含的有机粘结剂被分解,因此所得到的导电性图案的表面中,焊料的润湿性提高,能够容易地形成焊料层。

另外,在带导电性图案的结构体的制造方法中,优选通过回焊法藉由焊料层将电子部件焊接在导电性图案上。

另外,带导电性图案的结构体的制造方法中,通过利用在包含还原性气体的气氛下产生等离子体的等离子体烧制法或光照射法进行烧制处理,可在结构体中使用耐热性低的材料。

另外,在带导电性图案的结构体的制造方法中,通过进行烧制处理,不仅进行氧化铜的还原、铜颗粒的烧制,而且分散体中包含的有机物被分解,因此可防止电阻率的上升,并且可从导电膜的表面除去有机物和氧化膜,可改善焊接性。通过进行烧制处理,使焊接性恶化的分散介质等有机成分发生分解,因此焊料对导电膜的润湿性提高,焊接变得容易。由此能够得到具备焊接性优异的导电膜的带导电性图案的结构体。导电膜的有机成分的分解中,特别是更优选在包含还原性气体的气氛下产生等离子体的烧制处理。

接着,对第1-第3实施方式的分散体的构成要件进一步进行详细说明。

[分散体]

接着,使用图8对作为分散体的氧化铜油墨中的氧化铜与分散剂的状态进行说明。图8是示出本实施方式的氧化铜与磷酸酯盐的关系的示意图。

如图8所示,分散体1中,作为分散剂的例如属于含磷有机物的一例的磷酸酯盐3按照磷3a朝向内侧、酯盐3b朝向外侧的方式包围在作为氧化铜的一例的氧化铜2的周围。由于磷酸酯盐3显示出电气绝缘性,因此会阻碍相邻的氧化铜2之间的电气导通。另外,磷酸酯盐3通过立体位阻效果而抑制分散体1的凝集。

因此,尽管氧化铜2为半导体、呈导电性,但由于其被显示出电气绝缘性的磷酸酯盐3覆盖,因而分散体1显示出电气绝缘性,在截面观察(图2中所示的沿上下方向的截面)中,能够确保在分散体1的两侧相邻的导电性图案区域(后述)之间的绝缘。

另一方面,导电性图案区域中,对包含氧化铜和含磷有机物的涂膜的一部分的区域进行光照射,在该一部分的区域将氧化铜还原成铜。像这样将氧化铜还原而得到的铜被称为还原铜。另外,在该一部分区域中,含磷有机物被改性成磷氧化物。磷氧化物中,上述的酯盐3b之类的有机物通过激光等的热而发生分解,不会显示出电气绝缘性。

另外,如图8所示,在使用氧化铜2的情况下,在激光等的热的作用下,氧化铜变化成还原铜并同时进行烧结,相邻的氧化铜2彼此一体化。由此,能够形成具有优异的电气导电性的区域(以下称为“导电性图案区域”)。

在导电性图案区域中,还原铜中残留有磷元素。磷元素以磷元素单质、磷氧化物和含磷有机物中的至少1者的形式存在。像这样残留的磷元素偏析存在于导电性图案区域中,可能会增大导电性图案区域的电阻。

[氧化铜]

在本实施方式中,作为金属氧化物成分之一使用氧化铜。作为氧化铜,优选氧化亚铜(cu2o)。这是由于其在金属氧化物中也容易还原,进而通过使用微粒容易进行烧结,在价格方面,由于其为铜,因而成本低于银等贵金属类,对迁移是有利的。

本实施方式的分散体包含平均二次粒径为1nm以上500nm以下的氧化铜颗粒。

氧化铜的平均二次粒径没有特别限制,优选为500nm以下,更优选为200nm以下,进一步优选为80nm以下。氧化铜的平均二次粒径优选为1nm以上,更优选为5nm以上,进一步优选为10nm以上,特别优选为15nm以上。此处,平均二次粒径是指复数个一次颗粒聚集而形成的凝集体(二次颗粒)的平均粒径。

该平均二次粒径为500nm以下时,具有在基板上容易形成微细图案的倾向,因而优选。平均二次粒径为1nm以上时,作为分散体的氧化铜油墨的长期保存稳定性提高,因而优选。氧化铜的平均二次粒径例如可以使用大塚电子制fpar-1000通过累积法进行测定。

另外,关于氧化铜的平均一次粒径的优选范围,从通过对其进行还原处理而得到的金属的致密性、电气特性的方面出发,进一步,考虑到树脂基板的使用,从降低对基板带来的损害的方面出发,烧制条件需要进一步低温化。因此,优选的平均一次粒径为100nm以下,更优选为50nm以下,进一步优选为20nm以下。平均一次粒径为100nm以下的情况下,在后述的烧制处理中,能够以不会对基板带来损害的方式降低投入能量。氧化亚铜的平均一次粒径的下限值没有特别限制,出于处理的容易性的原因,优选为1nm以上,更优选为5nm以上。由此可抑制由于粒径过小因而要增大分散剂用量以确保分散稳定性的情况,因此烧制处理变得容易。平均一次粒径可以利用透射型电子显微镜或扫描型电子显微镜进行测定。平均一次粒径可以利用例如透射型电子显微镜或扫描型电子显微镜进行测定。

分散体中的氧化铜通过等离子体处理、100℃以上的热处理、光处理而容易被还原,变成金属,通过将其烧结而得到导电性,相对于进一步添加的铜颗粒起到作为粘合剂的作用而进行一体化,由此有助于低电阻化、强度的提高。需要说明的是,本实施方式中,氧化亚铜颗粒的平均粒小径不会对基于后述的具有金属丝状、树枝状以及鳞片状的形状的铜颗粒的防止裂纹效果带来影响。

关于氧化亚铜,可以使用市售品,也可以合成使用。作为市售品,有(株式会社)稀有金属材料研究所制造的平均一次粒径为5~50nm的产品。作为合成法,可以举出下述方法。

(1)进行加热还原的方法,在多元醇溶剂中加入水和乙酰丙酮合铜络合物,将有机铜化合物暂时加热溶解,接着后添加反应所需要的水,进一步升温,在有机铜的还原温度下加热。

(2)在十六烷基胺等保护材的存在下,在惰性气氛中,将有机铜化合物(铜-n-亚硝基苯基羟基胺络合物)在300℃左右的高温进行加热的方法。

(3)用肼对溶解于水溶液中的铜盐进行还原的方法。

其中,(3)的方法由于操作简便且可得到平均粒小径小的氧化亚铜而优选。

由于所得到的氧化亚铜为软凝集体,因而制作分散在分散介质中的氧化铜分散体,用于印刷、涂布。合成结束后进行合成溶液与氧化亚铜的分离,使用离心分离等已知的方法即可。另外,将所得到的氧化亚铜加入后述的分散剂、分散介质,并利用均化器等已知方法进行搅拌、分散。有时存在利用分散介质难以分散、分散不充分的情况,作为这样的情况的一例,使用容易分散的醇类例如丁醇等分散介质分散后,置换成所期望的分散介质并浓缩至所期望的浓度。作为方法的一例,可以举出反复进行利用uf膜的浓缩、利用所期望的分散介质的稀释、浓缩的方法。像这样得到的氧化铜分散体可以利用后述的方法与铜颗粒等混合,可以制成本实施方式的分散体。该分散体被用于印刷、涂布。

[铜颗粒]

第2实施方式的分散体包含粒径为0.1μm以上100μm以下的铜颗粒。

第3实施方式的分散体包含具有沿一个方向伸长的形状、树枝状或扁平状的铜颗粒中的至少一种。

像这样在分散体中使用铜颗粒的理由可以举出:由于与由氧化亚铜还原而得到的金属铜为相同金属,因此不会产生铜蚀或金属间化合物的形成的问题;以及最终得到的导电性图案的电气导电性良好,并且机械强度充分。

需要说明的是,具有沿一个方向伸长的形状的颗粒和具有树枝状的形状的颗粒的平均粒径为使用采用了激光衍射散射法的粒度分布测定装置测定得到的平均粒径(中值径,质量基准,d50)。另外,具有扁平形状的颗粒的平均一次粒径为将其主面视作面积相等的圆时该圆的直径。

关于铜颗粒的粒径,在本实施方式的范围内,根据图案的形状和尺寸来决定即可,例如在图案由线构成的情况下,根据其粗度和间距来决定即可。另外,铜颗粒的粒径考虑涂布膜的形成方法(即考虑印刷方法或涂布方法)来决定即可。

特别是在丝网印刷中,分散体中包含的成分、特别是铜颗粒可通过筛网而不会堵塞这一点是很重要的,需要考虑版的网孔尺寸来选定粒径。若颗粒过大,则发生筛网的堵塞,出现因颗粒脱落所致的针孔的产生以及涂布膜表面的平滑性的恶化的问题。特别是在涂布膜的图案由细线构成的情况下,在筛网中使用网目数大的网孔,其结果开口部尺寸减小,因此,问题是堵塞引起的针孔的发生,致使产生断线。

铜颗粒除了仅由金属铜构成以外,也可以使用将其表面用铜氧化物(氧化亚铜或氧化铜)或者银或银氧化物等异种金属或其氧化物覆盖而成的颗粒,使用该覆盖而成的颗粒也可充分发挥出抑制裂纹产生的效果。即,即使将铜颗粒的表面用铜氧化物或银氧化物等覆盖,在烧制时也容易被还原,因此能够确保导电膜的导通性。

作为本实施方式的铜颗粒,可以使用市售品,也可以合成使用。

关于市售品,例如作为沿一个方向伸长的形状的铜颗粒,可以举出三井金属矿业株式会社制造的电解铜粉eaz-2t;作为树枝状铜颗粒,可以举出三井金属矿业株式会社制造的电解铜粉eax-2;作为具有扁平形状的铜颗粒,可以举出三井金属矿业株式会社制造的1400yp。

[铜颗粒质量比例]

第2和第3实施方式的分散体中,铜颗粒的质量相对于氧化铜颗粒的质量之比(以下记载为铜颗粒质量比例)优选为0.5以上10以下,更优选为1.0以上7.0以下,进一步优选为1.5以上6.0以下,特别优选为2.0以上5.0以下。铜颗粒质量比例为该范围内时,存在大量氧化亚铜,因此经还原而得到的铜颗粒彼此的接合充分,由此,烧制后的导电膜的机械强度提高。另外,可充分发挥出由经还原而得到的铜颗粒所带来的裂纹抑制效果。

分散体包含其他金属颗粒的情况下,以其与铜颗粒的合计来决定铜颗粒质量比例;包含其他金属氧化物颗粒的情况下,以其与氧化铜的合计来决定铜颗粒质量比例。

[分散剂]

接着对分散剂进行说明。作为分散剂,例如可以举出含磷有机物。含磷有机物可以吸附在氧化铜上,这种情况下,通过立体位阻效果而抑制凝集。另外,含磷有机物是在绝缘区域显示出电气绝缘性的材料。含磷有机物可以为单一分子,也可以为两种以上的分子的混合物。

另外,分散剂的酸值优选为20以上130以下。由此,通过限定分散剂的酸值的范围,可有效地提高分散体的分散稳定性。

另外,分散体中,有机化合物的质量相对于氧化铜颗粒的质量之比优选为0.0050以上0.30以下。

分散剂的数均分子量没有特别限制,优选为300以上,更优选为500以上,进一步优选为1000以上。分散剂的数均分子量没有特别限制,优选为30000以下,更优选为20000以下,进一步优选为10000以下。分散剂的数均分子量为300以上时,具有绝缘性优异、所得到的分散体的分散稳定性增加的倾向;分散剂的数均分子量为30000以下时,容易烧制。另外,作为结构,优选具有与氧化铜具有亲和性的基团的高分子量共聚物的磷酸酯。例如,化学式(1)的结构吸附氧化铜、特别是氧化亚铜,并且与基板的密合性也优异,因而优选。

[化1]

化学式(1)

含磷有机物优选在光或热的作用下容易分解或蒸发的含磷有机物。通过使用在光或热的作用下容易分解或蒸发的有机物,在烧制后不容易残留有机物的残渣,能够得到电阻率低的导电性图案区域。

含磷有机物的分解温度没有限定,优选为600℃以下,更优选为400℃以下,进一步优选为200℃以下。含磷有机物的沸点没有限定,优选为300℃以下,更优选为200℃以下,进一步优选为150℃以下。

含磷有机物的吸收特性没有限定,优选能够吸收烧制中使用的光。例如在使用激光作为烧制用的光源的情况下,优选使用可吸收其发射光波长的例如355nm、405nm、445nm、450nm、532nm、1056nm等的光的含磷有机物。基板为树脂的情况下,特别优选355nm、405nm、445nm、450nm的波长。

作为分散剂可以使用公知的物质,例如可以举出长链聚氨基酰胺与极性酸酯的盐、不饱和多元羧酸聚氨基酰胺、聚氨基酰胺的多元羧酸盐、长链聚氨基酰胺与酸聚合物的盐等具有碱性基团的高分子。另外还可以举出丙烯酸系聚合物、丙烯酸系共聚物、改性聚酯酸、聚醚酯酸、聚醚系羧酸、多元羧酸等高分子的烷基铵盐、胺盐、酰胺胺盐等。作为这样的分散剂,也可以使用市售品。

作为上述市售品,例如可以举出disperbyk(注册商标)-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(以上由毕克化学公司制造)、flowlendopa-15b、flowlendopa-15bhfs、flowlendopa-22、flowlendopa-33、flowlendopa-44、flowlendopa-17hf、flowlentg-662c、flowlenktg-2400(以上由共荣社化学公司制造)、ed-117、ed-118、ed-212、ed-213、ed-214、ed-216、ed-350、ed-360(以上由楠本化成公司制造)、plysurfm208f、plysurfdbs(以上由第一工业制药制造)等。这些物质可以单独使用,也可以将复数种混合使用。

分散剂的需要量与氧化铜的量成比例,考虑所要求的分散稳定性来进行调整。本实施方式的分散体中包含的分散剂的质量比例(分散剂质量/氧化铜质量)为0.0050以上0.30以下,优选为0.050以上0.25以下,更优选为0.10以上0.23以下。分散剂的量对分散稳定性有影响,若其量少则容易凝集,若其量多则分散稳定性倾向于提高。但是,在使本实施方式的分散体中的分散剂的含量为35质量%以下时,可抑制经烧制得到的导电膜中的来自分散剂的残渣的影响,能够提高导电性。

分散剂的酸值(mgkoh/g)优选为20以上130以下。更优选为30以上100以下。酸值落入该范围时,分散稳定性优异,因而优选。特别是在平均粒径小的氧化铜的情况下是有效的。具体地说,可以举出毕克化学公司制造的“disperbyk-102”(酸值101)、“disperbyk-140”(酸值73)、“disperbyk-142”(酸值46)、“disperbyk-145”(酸值76)、“disperbyk-118”(酸值36)、“disperbyk-180(酸值94)等。

另外,分散剂的胺值(mgkoh/g)与酸值之差(胺值-酸值)优选为-50以上0以下。胺值表示游离碱、碱的总量,酸值表示游离脂肪酸、脂肪酸的总量。胺值、酸值利用依据jisk7700或astmd2074的方法进行测定。该差值为-50以上0以下时,分散稳定性优异,因而优选。该差值更优选为-40以上0以下,进一步优选为-20以上0以下。

[还原剂]

接着对还原剂进行说明。作为还原剂,可以举出肼、水合肼、钠、碳、碘化钾、草酸、硫化铁(ii)、硫代硫酸钠、抗坏血酸、氯化锡(ii)、氢化二异丁基铝、甲酸、氢化硼酸钠、亚硫酸盐等。从在烧制中有助于氧化铜、特别是氧化亚铜的还原,能够制作出电阻更低的铜膜的方面出发,还原剂最优选为肼或水合肼。另外,通过使用肼或水合肼,能够维持分散体的分散稳定性,能够降低铜膜的电阻。

还原剂的需要量与氧化铜的量成比例,考虑所要求的还原性进行调整。本实施方式的分散体中包含的还原剂的质量比例(还原剂质量/氧化铜质量)优选为0.0001以上0.10以下,更优选为0.0001以上0.05以下,进一步优选为0.0001以上0.03以下。还原剂的质量比例为0.0001以上时,分散稳定性提高,且铜膜的电阻降低。另外,该质量比例为0.10以下时,分散体的长期稳定性提高。

[分散介质]

本实施方式的分散体中,除了上述的构成成分以外,还可以包含分散介质(溶剂)。

第1-第3实施方式的分散体中使用的分散介质优选为选自由萜品醇、γ-丁内酯、环己酮、乙醇、丙二醇、丁醇、丙醇、乙二醇单乙醚乙酸酯和四氢化萘组成的组中的至少一种。另外,更优选包含两种以上这些分散介质。

这些分散介质的沸点高,因此发挥出印刷连续性的提高的效果。这些分散介质可以具有还原作用,但在分散体中包含上述的还原剂的情况下,起到作为分散介质的功能。

关于第1-第3实施方式中使用的分散介质,从分散这一方面出发,优选从分散剂能够溶解的分散介质中选择。另一方面,从使用分散体形成导电性图案这一方面出发,为了使分散介质的挥发性不会对作业性带来影响,需要使其适合于导电性图案的形成方法,例如适合于印刷或涂布的方式。因此,分散介质可以根据分散性以及印刷或涂布的作业性从下述溶剂中选择。

作为分散介质的具体例,可以举出下述溶剂。丙二醇单甲醚乙酸酯、3-甲氧基-3-甲基-丁基乙酸酯、乙氧基乙基丙酸酯、丙二醇单甲醚、丙二醇单乙醚、丙二醇单丙醚、丙二醇叔丁醚、二丙二醇单甲醚、乙二醇丁醚、乙二醇乙醚、乙二醇甲醚、乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丁二醇、2-戊二醇、2-甲基戊烷-2,4-二醇、2,5-己二醇、2,4-庚二醇、2-乙基己烷-1,3-二醇、二乙二醇、己二醇、辛二醇、三乙二醇、三-1,2-丙二醇、甘油、乙二醇单己醚、二乙二醇单乙醚、二乙二醇单丁醚、乙二醇单丁基乙酸酯、二乙二醇单乙醚乙酸酯、甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、2-丁醇、叔丁醇、正戊醇、异戊醇、2-甲基丁醇、2-戊醇、叔戊醇、3-甲氧基丁醇、正己醇、2-甲基戊醇、1-己醇、2-己醇、2-乙基丁醇、1-庚醇、2-庚醇、3-庚醇、正辛醇、2-乙基己醇、2-辛醇、正壬醇、2,6-二甲基-4-庚醇、正癸醇、环己醇、甲基环己醇、3,3,5-三甲基环己醇、苯甲醇、二丙酮醇等。除了这些中具体记载的溶剂以外,还可以在分散介质中使用醇、二醇、二醇醚、乙二醇酯类溶剂。它们可以单独使用,也可以将复数种混合使用,可根据印刷方式并考虑蒸发性、印刷机材、被印刷基板的耐溶剂性来选择。

作为分散介质,更优选碳原子数为10以下的单醇,进一步优选碳原子数为8以下。碳原子数为8以下的单醇中,乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、仲丁醇、叔丁醇的分散性、挥发性和粘性特别适合,因而更优选。这些单醇可以单独使用,也可以将复数种混合使用。为了抑制氧化铜的分散性的降低,进一步也为了通过与分散剂的相互作用而使其更稳定地分散,单醇的碳原子数优选为8以下。另外,碳原子数选择8以下时,电阻值也降低,是优选的。

其中,沸点对溶剂的作业性带来影响。若沸点过低,则挥发快,因此由固体物质的析出所致的缺陷的增加或清扫频率的增大而使作业性恶化。因此,在涂布、点胶机(dispenser)方式中,沸点为40℃以上;在喷墨方式、丝网方式、平板方式中,可以使沸点为120℃以上,更优选为150℃以上,进一步优选为200℃以上;作为沸点的上限,从干燥的方面出发优选为300℃以下。

[包含氧化铜和铜的分散体的调整]

包含氧化亚铜和铜颗粒的分散体、即分散体可以如下调整:将铜微粒、必要时的分散介质分别以规定的比例混合在上述的氧化铜分散体中,使用例如混合器法、超声波法、三辊法、双辊法、超微磨碎机、均化器、班伯里混炼机、油漆搅拌器、捏合机、球磨机、砂磨机、自转公转混合器等进行分散处理,由此来调整分散体。

由于分散介质的一部分包含在已经制作的氧化铜分散体中,因而该氧化铜分散体中包含的量充分的情况下,不必在该工序中添加,在需要粘度的降低的情况下,根据需要在该工序中添加即可。或者可以在该工序以后添加。分散介质可以与在上述氧化铜分散体制作时加入的分散介质相同,也可以加入不同的分散介质。

除此之外,在必要时可以加入有机粘结剂、抗氧化剂、还原剂、金属颗粒、金属氧化物,作为杂质可以包含金属或金属氧化物、金属盐和金属络合物。

另外,关于金属丝状、树枝状、鳞片状铜颗粒,为了增大防止裂纹效果,可以单独或者组合添加复数种的球状、骰子状、多面体等铜颗粒或其他金属,其表面可以利用氧化物或其他导电性好的金属例如银等覆盖。

另外,添加的铜以外的金属颗粒的形状为金属丝状、树枝状、鳞片状中的一种或者复数种的情况下,由于与同样形状的铜颗粒同样地具有防止裂纹效果,因此也可以代替同样形状的铜颗粒的一部分,或者追加到同样形状的铜颗粒中进行使用,但需要考虑迁移、颗粒强度、电阻值、铜蚀、金属间化合物的形成、成本等。作为铜以外的金属颗粒,例如可以举出金、银、锡、锌、镍、铂、铋、铟、锑。

作为金属氧化物颗粒,可以将氧化亚铜替换成氧化银、氧化铜等,或者可以追加使用它们。但是,与金属颗粒的情况同样地,需要考虑迁移、颗粒强度、电阻值、铜蚀、金属间化合物的形成、成本等。这些金属颗粒和金属氧化物颗粒的添加可用于导电膜的烧结、电阻、导体强度、光烧制时的吸光度等的调整。即使加入这些金属颗粒和金属氧化物颗粒,由于存在金属丝状、树枝状、鳞片状铜颗粒,仍可充分抑制裂纹。这些金属颗粒和金属氧化物颗粒可以单独使用或者两种以上组合使用,对形状没有限制。例如银或氧化银可期待电阻降低或烧制温度降低等效果。

但是,银为贵金属类,从成本提高、防止裂纹的方面出发,银的添加量优选不超过金属丝状、树枝状、鳞片状铜颗粒的范围。另外,锡的成本低,并且熔点低,因此具有容易烧结的优点。但其具有提高电阻的倾向,从防止裂纹的方面出发,也优选使锡的添加量为不超过金属丝状、树枝状、鳞片状铜颗粒和氧化亚铜的范围。氧化铜在使用闪光灯或激光器等的光或者红外线的方法中起到作为光吸收剂、热射线吸收剂的作用。但是,从氧化铜比氧化亚铜更难还原、防止因还原时产生的气体多所致的从基板的剥离的方面出发,优选使氧化铜的添加量少于氧化亚铜。

本实施方式中,即使包含铜以外的金属、金属丝状、树枝状、鳞片状以外的铜颗粒、氧化铜以外的金属氧化物,也可以发挥出防止裂纹效果、提高电阻的经时稳定性的效果。但是,作为铜以外的金属、金属丝状、树枝状、鳞片状以外的铜颗粒、以及氧化铜以外的金属氧化物的添加量,优选少于金属丝状、树枝状、鳞片状的铜颗粒和氧化铜。另外,铜以外的金属、金属丝状、树枝状、鳞片状以外的铜颗粒、氧化铜以外的金属氧化物相对于金属丝状、树枝状、鳞片状的铜颗粒和氧化铜的添加比例可以为50%以下,更优选为30%以下,进一步优选为10%以下。

[带导电性图案的结构体的详细内容]

下面对本实施方式的带导电性图案的结构体10的各构成进行具体说明。但是,各构成并不限于以下举出的具体例。

本实施方式的带导电性图案的结构体的制造方法具备将本实施方式的分散体涂布在基板上而形成涂膜的工序、以及对涂膜照射激光而在基板上形成导电性图案的工序。

另外,本实施方式的带导电性图案的结构体的制造方法具备将分散体以所期望的图案涂布在基板上而形成涂膜的工序、以及对涂膜进行烧制处理而在基板上形成导电性图案的工序。根据本实施方式的方法,能够在基板上将涂布液以所期望的图案直接形成,因此与现有的使用光致抗蚀剂的方法相比,能够提高生产率。

[分散体在基板上的涂布方法]

对使用氧化铜油墨作为分散体的涂布方法进行说明。作为涂布方法没有特别限制,可以使用气溶胶法、丝网印刷、凹版直接印刷、凹版胶版印刷、柔版印刷、胶版印刷等印刷法或点胶机(dispenser)描绘法等。作为涂布法,可以使用模涂、旋涂、狭缝涂布、棒涂、刮刀涂布、喷涂、浸涂等方法。

[基板]

本实施方式中使用的基板具有形成涂膜的表面,其可以具有板形状,也可以为立体物。本实施方式中的基板是指用于形成布线图案的电路基板片的基板材料、或带布线的壳体的壳体材料等。作为壳体的一例,可以举出移动电话终端、智能手机、调光玻璃、电视机、个人电脑等电气设备的壳体。另外,作为壳体的其他示例,在汽车领域中可以举出仪表板、仪表盘、方向盘、底盘等。

本实施方式中使用的基板没有特别限定,由无机材料或有机材料构成。

作为无机材料,例如可以举出碱石灰玻璃、无碱玻璃、硼硅酸盐玻璃、石英玻璃等玻璃、氧化铝等陶瓷材料。

作为有机材料,可以举出高分子材料、纸等。作为高分子材料,可以使用树脂膜,可以举出聚酰亚胺(pi)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚醚砜(pes)、聚萘二甲酸乙二醇酯(pen)、聚酯、聚碳酸酯(pc)、聚乙烯醇(pva)、聚乙烯醇缩丁醛(pvb)、聚缩醛(pom)、聚芳酯(par)、聚酰胺(pa)、聚酰胺酰亚胺(pai)、聚醚酰亚胺(pei)、聚苯醚(ppe)、改性聚苯醚(m-ppe)、聚苯硫醚(pps)、聚醚酮(pek)、聚邻苯二甲酰胺(ppa)、聚醚腈(pen)、聚苯并咪唑(pbi)、聚碳化二亚胺、聚硅氧烷、聚甲基丙烯酰胺、丁腈橡胶、丙烯腈橡胶、聚四氟乙烯、环氧树脂、酚树脂、三聚氰胺树脂、脲树脂、聚甲基丙烯酸甲酯树脂(pmma)、聚丁烯、聚戊烯、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-丁烯-二烯共聚物、聚丁二烯、聚异戊二烯、乙烯-丙烯-二烯共聚物、丁基橡胶、聚甲基戊烯(pmp)、聚苯乙烯(ps)、苯乙烯-丁二烯共聚物、聚乙烯(pe)、聚氯乙烯(pvc)、聚偏二氟乙烯(pvdf)、聚醚醚酮(peek)、线型酚醛、苯并环丁烯、聚乙烯基苯酚、聚氯芘、聚甲醛、聚砜(psf)、聚苯砜树脂(ppsu)、环烯烃聚合物(cop)、丙烯腈·丁二烯·苯乙烯树脂(abs)、丙烯腈·苯乙烯树脂(as)、尼龙树脂(pa6、pa66)、聚对苯二甲酸丁二酯树脂(pbt)、聚醚砜树脂(pesu)、聚四氟乙烯树脂(ptfe)、聚三氟氯乙烯(pctfe)以及有机硅树脂等。特别是从柔性、成本的方面出发优选pi、pet和pen。

作为纸,可以举出以常见的纸浆作为原料的无纤维纸、中质纸、铜版纸、纸板、瓦楞纸等洋纸;以纤维素纳米纤维作为原料的纸。在纸的情况下,可以使用其中溶解有高分子材料的纸、或者浸渗固化有溶胶凝胶材料等的纸。另外,这些材料也可以层积等进行贴合来使用。例如可以举出纸苯酚基材、纸环氧基材、玻璃复合物基材、玻璃环氧基材等复合基材、特氟龙(注册商标)基材、氧化铝基材、低温低湿同时烧制陶瓷(ltcc)、硅晶片等。

基板的厚度例如可以为1μm~10mm,优选为25μm~250μm。基板的厚度为250μm以下时,所制作的电子器件能够实现轻量化、省空间化以及柔性化,因而优选。基板为壳体的情况下,其厚度可以为例如1μm~10mm,优选为200μm~5mm。本发明人已经明确,通过选择该范围,可表现出成型后的机械强度、耐热性。

[导电性图案的形成]

作为导电性图案的形成方法,具有下述方法:1)使用上述的印刷方法,在制作图案后进行烧制的方法;以及2)将分散体涂布至基板的整个面上,在其上按照形成特定图案的方式进行激光描绘,由此来制作图案的方法。1)和2)中,均有一部分的氧化铜未被还原而残留在基板侧,由此可提高导电性图案与基板的密合性,因而是优选的。另外,导电性图案为布线,布线宽优选为0.5μm以上10000μm以下,更优选为1μm以上1000μm以下,进一步优选为1μm以上500μm以下。另外,导电性图案可以形成为网状。通过网状和格子状的布线,透过率提高、呈透明,因而优选。

[分散体的烧制]

关于烧制处理的方法,只要可形成发挥出本发明的效果的导电膜就没有特别限定,作为具体例,可以举出使用焚烧炉、等离子体烧制法、光烧制法等的方法。光烧制中的激光照射中,利用作为分散体的氧化铜油墨形成涂膜,对涂膜进行激光照射,由此可以一次性地进行铜颗粒的烧制和图案化。在其他烧制法中,可以利用分散体印刷所期望的图案,将其进行烧制,由此得到导电性图案。在制作导电性图案时,一部分的氧化亚铜未被还原而残留在与基板的接触面上,由此使导电性图案与基板的密合性提高,因而是优选的。

[烧制炉]

本实施方式中,使用烧制炉进行的烧制方法中,将氧化铜还原而形成铜,并使铜烧结,因此利用100℃以上、优选150℃以上、更优选200℃以上的热对涂布膜进行烧制。

在利用容易受到氧的影响的烧制炉等进行烧制的方法中,优选在非氧化性气氛中对分散体的涂膜进行处理。另外,仅利用分散体中包含的有机成分不容易还原氧化铜的情况下,优选在还原性气氛下进行烧制。非氧化性气氛是指不含氧等氧化性气体的气氛,例如为充满了氮、氩、氦、氖等惰性气体的气氛。另外,还原性气氛是指存在氢、一氧化碳等还原性气体的气氛,但也可以与惰性气体混合使用。可以将这些气体填充到烧制炉中,在密闭体系中或者在连续流通气体的同时进行分散体的涂膜的烧制。另外,烧制可以在加压气氛、也可以在减压气氛进行。

[等离子体烧制法]

与使用烧制炉的方法相比,本实施方式的等离子体法可在更低的温度下进行处理,作为将耐热性低的树脂膜作为基材的情况下的烧制法为更优选的方法之一。另外,由于能够利用等离子体除去图案表面的有机物质或除去氧化膜,因而还具有能够确保良好的焊接性的优点。具体地说为下述方法:使还原性气体或者还原性气体与惰性气体的混合气体在腔室内流通,利用微波产生等离子体,将由此生成的活性种作为还原或烧结中所需要的加热源,进一步将其用于分散剂等中包含的有机物的分解,得到导电膜。

特别是在金属部分,活性种的失活多,可对金属部分选择性地加热,基板本身的温度不容易升高,因此其也适合用于树脂膜作为基板。分散体包含作为金属的铜,氧化铜随着烧制的进行而变化为铜,因而仅图案部分的加热受到促进。另外,若在导电性图案中残留有分散剂或粘结剂成分的有机物,则会妨碍烧结,电阻倾向于增高,但在等离子体法中,导体图案中的有机物除去效果大。利用等离子体法能够除去涂膜表面的有机物和氧化膜,因而具有能够有效地改善导电性图案的焊接性的优点。

作为还原性气体成分可以使用氢等,作为惰性气体成分可以使用氮、氦、氩等。这些成分可以单独使用、或者将还原气体成分与惰性气体成分以任意比例混合使用。另外,也可以将两种以上的惰性气体成分混合使用。

等离子体烧制法可以对微波输入功率、导入气体流量、腔室内压、从等离子体发生源到处理样品的距离、处理样品温度、处理时间进行调整,通过这些的调整可以改变处理的强度。因此,若实现上述调整项目的最佳化,则不消说可利用无机材料的基板得到电阻低的导电膜,而且还可利用有机材料的热固化性树脂膜、纸、耐热性低的热塑性树脂膜、例如pet、pen作为基板,得到电阻低的导电膜。但是,由于最佳条件根据装置结构、样品种类而不同,因而根据状况进行调整。

[光烧制法]

本实施方式的光烧制法可以适用使用氙等放电管作为光源的闪光方式或激光方式。这些方法为下述方法:利用将强度大的光在短时间内曝光,使涂布在基板上的分散体在短时间内上升到高温来进行烧制的方法来进行氧化铜的还原、铜颗粒的烧结、它们的一体化以及有机成分的分解,形成导电膜。由于烧制时间为极短时间,因而能够以对基板的损害少的方法应用于耐热性低的树脂膜基板。

闪光方式为下述方法:使用氙放电管,使蓄积在电容器的电荷瞬间放电,以该方式产生大光量的脉冲光,对形成于基板上的分散体进行照射,由此将氧化铜瞬间加热至高温,变化成导电膜。曝光量可通过光强度、发光时间、光照射间隔、次数进行调整,只要基板的透光性大,即使在耐热性低的树脂基板、例如pet、pen或纸等上也能够形成基于分散体的导电性图案。

尽管发光光源不同,但即使使用激光源也可得到同样的效果。在激光器的情况下,除了闪光方式的调整项目以外,还存在波长选择的自由度,也可以考虑形成了图案的分散体的光吸收波长或基板的吸收波长来进行选择。另外具有下述特征:可以通过光束扫描进行曝光,在基板整个面上的曝光、或者部分曝光的选择等曝光范围的调整容易。作为激光器的种类,可以使用yag(钇·铝·石榴石)、yvo(钒酸钇)、yb(镱)、半导体激光器(gaas、gaalas、gainas)、二氧化碳等,不仅可取出基本波,在必要时还可取出谐波来使用。

特别是在使用激光的情况下,其发射光波长优选为300nm以上1500nm以下。例如355nm、405nm、445nm、450nm、532nm、1056nm等。在基板或壳体为树脂的情况下,从本实施方式的含有氧化铜的层的吸收区域中特别优选355nm、405nm、445nm、450nm、532nm的激光波长。通过使用激光,能够将所期望的图案自由地制作成平面、立体。

导电性层或导电性图案的表面的表面粗糙度优选为500nm以上4000nm以下,更优选为750nm以上3000nm以下,进而更优选为1000nm以上2000nm以下。表面粗糙度落入该范围时,焊料层容易附着在导电性图案上,导电性图案与焊料层的密合性提高。

[焊料层在导电性图案上的形成]

使用本实施方式的分散体制作的带导电性图案的结构体中,由于使焊接性恶化的分散剂、分散介质在烧制处理的工序中发生分解,因此在将被接合体(例如电子部件等)焊接在导电性图案上时,具有熔融焊料容易附着的优点。此处,焊料是指以铅和锡作为主成分的合金,也包括不含铅的无铅焊料。由于本实施方式的导电性图案具有空壁(空隙),因而焊料进入到该空隙中,由此使导电性图案与焊料层的密合性提高。

导电性图案和导电性层中包含的铜的晶粒尺寸优选为0.1μm以上100μm以下,进一步优选为0.5μm以上50μm以下,特别优选为1.0μm以上10μm以下。由此,导电性图案与焊料层的密合性提高。

本实施方式中,电子部件为半导体、集成电路、二极管、液晶显示屏等有源部件;电阻、电容器等无源部件以及接插件、开关、电线、散热器、天线等机构部件中的至少一种。

另外,焊料层在导电性图案上的形成优选利用回焊法进行。回焊法中,首先,在焊接中,在图3(j)和图4(l)中形成的导电性图案区域的一部分,例如在焊盘的表面涂布焊料膏(膏状焊料)。焊料膏的涂布例如通过使用金属掩摸和金属刮刀的接触印刷来进行。由此,在导电性图案的表面的一部分形成焊料层。即,在图3(j)的工序后得到在表层中的导电性图案的表面的一部分形成有焊料层的带导电性图案的结构体。另外,在图4(l)的工序后得到在导电性图案的表面的一部分形成有焊料层的带导电性图案的结构体。形成焊料层的导电性图案的表面的一部分的面积没有特别限定,只要为导电性图案与电子部件可接合的面积即可。

(电子部件的接合)

接着,按照使电子部件的被接合部与所涂布的焊料膏(焊料层)的一部分接触的状态将电子部件载置在导电性基板上。之后,使载置有电子部件的导电性基板通过回焊炉进行加热,将导电性图案区域的一部分(焊盘等)和电子部件的被接合部进行焊接。图9是本实施方式的形成有焊料层的带导电性图案的结构体的俯视图。图9a示出了形成有焊料层的带导电性图案的结构体的照片,图9b示出其示意图。

如图9所示,在具有柔性的基板11上形成了导电性图案b,该导电性图案b是将作为分散体的氧化铜油墨进行烧制而形成的。在导电性图案b的表面形成了焊料层20。利用焊料层20将导电性图案b与导线90适当地焊接,藉由导线90将导电性图案b与电子部件91适当地连接。

根据本实施方式的带导电性图案的结构体的制造方法,由于将作为分散体的氧化铜油墨进行烧制而形成导电性图案,因而分散体中包含的有机粘结剂发生分解,由此,在所得到的导电性图案中,焊料的润湿性提高,能够在导电性图案的表面容易地形成焊料层。因此能够进行电子部件的焊接。其结果,可防止将导电性图案区域与电子部件的被接合部进行接合的焊料层发生不良,能够以高成品率制造出焊接有电子部件的带导电性图案的结构体。

另外,根据第2实施方式的带导电性图案的结构体的制造方法,在使用包含粒径为1nm以上50nm以下的铜氧化物颗粒、粒径为0.1μm以上100μm以下的铜颗粒、以及具有磷酸基的有机化合物的分散体形成的涂布膜中,由于焊料的润湿性高,因而在将熔化的焊料覆盖在金属表面后可抑制焊料呈断开的状态、抑制形成了焊料非常薄的部分的状态即缩锡(dewetting)的发生。其结果,可防止将导电膜与电子部件的被接合部进行接合的焊料接合部发生不良,能够以高成品率制造带电子部件的基板。

实施例

下面通过实施例和比较例具体地说明本发明,但本发明并不限于这些实施例和比较例。

<实验例1>

[肼定量方法]

通过标准添加法进行肼的定量。

在样品(铜纳米油墨)50μl中加入肼33μg、替代物质(肼15n2h4)33μg、苯甲醛1%乙腈溶液1ml。最后加入磷酸20μl,4小时后进行gc/ms测定。

同样地在样品(铜纳米油墨)50μl中加入肼66μg、替代物质(肼15n2h4)33μg、苯甲醛1%乙腈溶液1ml。最后加入磷酸20μl,4小时后进行gc/ms测定。

同样地在样品(铜纳米油墨)50μl中加入肼133μg、替代物质(肼15n2h4)33μg、苯甲醛1%乙腈溶液1ml。最后加入磷酸20μl,4小时后进行gc/ms测定。

最后在样品(铜纳米油墨)50μl中不加入肼而加入替代物质(肼15n2h4)33μg、苯甲醛1%乙腈溶液1ml,最后加入磷酸20μl,4小时后进行gc/ms测定。

根据上述4点的gc/ms测定由m/z=207的色谱图求出肼的峰面积值。接着由m/z=209的质谱图求出替代的峰面积值。x轴取所添加的肼的重量/所添加的替代物质的重量,y轴取肼的峰面积值/替代物质的峰面积值,得到基于标准添加法的校正曲线。

将由校正曲线得到的y切片的值除以所添加的肼的重量/所添加的替代物质的重量,得到肼的重量。

[粒径测定]

使用大塚电子制fpar-1000通过累积法测定作为分散体的氧化铜油墨的平均二次粒径。

(实施例1)

将乙酸铜(ii)一水合物(关东化学株式会社制造)806g溶解在蒸馏水(共荣制药株式会社制造)7560g、1,2-丙二醇(关东化学株式会社制造)3494g的混合溶剂中,利用外部调温器使液温为-5℃。利用20分钟向所得到的溶液中加入肼一水合物(东京化成工业株式会社制造)235g,搅拌30分钟后,利用外部调温器使液温为25℃,搅拌90分钟。搅拌后,将所得到的分散液通过离心分离分离成上清和沉淀物。向所得到的沉淀物390g中加入disperbyk-145(毕克化学制)54.8g、surflons611(seimi化学制)13.7g和乙醇(关东化学株式会社制造)907g,使用均化器进行分散,得到氧化亚铜分散液(氧化铜油墨)1365g。

分散液的分散良好。氧化亚铜的含有比例为20%,平均二次粒径为22nm。肼比例为3000ppm。

(实施例2)

将乙酸铜(ii)一水合物(关东化学株式会社制造)806g溶解在蒸馏水(共荣制药株式会社制造)7560g、1,2-丙二醇(关东化学株式会社制造)3494g的混合溶剂中,利用外部调温器使液温为-5℃。利用20分钟向所得到的溶液中加入肼一水合物(东京化成工业株式会社制造)235g,搅拌30分钟后,利用外部调温器使液温为25℃,搅拌90分钟。搅拌后,将所得到的分散液通过离心分离分离成上清和沉淀物。向所得到的沉淀物390g中加入disperbyk-145(毕克化学制)54.8g、surflons611(seimi化学制)13.7g和乙醇关东化学株式会社制造)907g,使用均化器进行分散,得到氧化亚铜分散液1365g。进一步用空气鼓泡。

分散液的分散良好。氧化亚铜的含有比例为20%,平均二次粒径为25nm。肼比例为700ppm。

(实施例3)

向实施例1中得到的分散液98.5g中加入肼(东京化成工业株式会社制造)1.5g。

分散液的分散良好。氧化亚铜的含有比例为20%,平均二次粒径为29nm。肼比例为18000ppm。

(实施例4)

将乙酸铜(ii)一水合物(关东化学株式会社制造)806g溶解在蒸馏水(共荣制药株式会社制造)7560g、1,2-丙二醇(关东化学株式会社制造)3494g的混合溶剂中,利用外部调温器使液温为-5℃,利用20分钟向所得到的溶液中加入肼一水合物(东京化成工业株式会社制造)235g,搅拌30分钟后,利用外部调温器使液温为25℃,搅拌90分钟。搅拌后,将所得到的分散液通过离心分离分离成上清和沉淀物。向所得到的沉淀物390g中加入disperbyk-145(毕克化学制)1.37g、surflons611(seimi化学制)13.7g和乙醇(关东化学株式会社制造)960g,使用均化器进行分散,得到氧化亚铜分散液(氧化铜油墨)1365g。

分散液的分散良好。氧化亚铜的含有比例为20%,平均二次粒径为32nm。肼比例为3000ppm。

(实施例5)

将乙酸铜(ii)一水合物(关东化学株式会社制造)806g溶解在蒸馏水(共荣制药株式会社制造)7560g、1,2-丙二醇(关东化学株式会社制造)3494g的混合溶剂中,利用外部调温器使液温为-5℃。利用20分钟向所得到的溶液中加入肼一水合物(东京化成工业株式会社制造)235g。搅拌30分钟后,利用外部调温器使液温为25℃,搅拌90分钟。搅拌后,将所得到的分散液通过离心分离分离成上清和沉淀物。向所得到的沉淀物390g中加入disperbyk-145(毕克化学制)82.2g、surflons611(seimi化学制)13.7g和乙醇(关东化学株式会社制造)880g,使用均化器进行分散,得到氧化亚铜分散液(氧化铜油墨)1365g。

分散液的分散良好。氧化亚铜的含有比例为20%,平均二次粒径为32nm。肼比例为3000ppm。

(比较例1)

在乙醇(关东化学株式会社制造)15g中加入氧化亚铜(emjapan制mp-cu2o-25)4g、disperbyk-145(毕克化学制)0.8g、surflons611(seimi化学制)0.2g,利用均化器分散,得到氧化亚铜分散液20g。

在分散液中在一部分观察到了氧化铜颗粒的凝集。氧化亚铜的含有比例为20%,平均二次粒径为190nm。肼比例为0ppm。

(比较例2)

向实施例1中得到的分散液97g中加入肼(东京化成工业株式会社制造)3g。

分散液中的氧化铜颗粒发生凝集,无法制成油墨。氧化亚铜的含有比例为20%。肼比例为33000ppm。

(比较例3)

将乙酸铜(ii)一水合物(关东化学株式会社制造)806g溶解在蒸馏水(共荣制药株式会社制造)7560g、1,2-丙二醇(关东化学株式会社制造)3494g的混合溶剂中,利用外部调温器使液温为-5℃。利用20分钟向所得到的溶液中加入肼一水合物(东京化成工业株式会社制造)235g,搅拌30分钟后,利用外部调温器使液温为25℃,搅拌90分钟。搅拌后,将所得到的分散液通过离心分离分离成上清和沉淀物。向所得到的沉淀物390g中加入disperbyk-145(毕克化学制)0.82g、surflons611(seimi化学制)13.7g和乙醇(关东化学株式会社制造)960g,使用均化器进行分散,得到氧化亚铜分散液(氧化铜油墨)1365g。

分散液中的氧化铜颗粒发生凝集,无法制成油墨。氧化亚铜的含有比例为20%。肼比例为3000ppm。

(比较例4)

将乙酸铜(ii)一水合物(关东化学株式会社制造)806g溶解在蒸馏水(共荣制药株式会社制造)7560g、1,2-丙二醇(关东化学株式会社制造)3494g的混合溶剂中,利用外部调温器使液温为-5℃。利用20分钟向所得到的溶液中加入肼一水合物(东京化成工业株式会社制造)235g,搅拌30分钟后,利用外部调温器使液温为25℃,搅拌90分钟。搅拌后,将所得到的分散液通过离心分离分离成上清和沉淀物。向所得到的沉淀物390g中加入disperbyk-145(毕克化学制)110g、surflons611(seimi化学制)13.7g和乙醇(关东化学株式会社制造)851g,使用均化器进行分散,得到氧化亚铜分散液(氧化铜油墨)1365g。

分散液中的氧化铜颗粒发生凝集,无法制成油墨。氧化亚铜的含有比例为20%。肼比例为3000ppm。

[反转印刷]

使用氧化铜油墨,通过反转印刷在基板上形成图案状的涂膜。首先在橡皮布(转印体)的表面形成厚度均匀的氧化铜油墨的涂膜。橡皮布的表面材料通常由硅酮橡胶构成,确认氧化铜油墨相对于该硅酮橡胶是否良好地附着、形成了均匀的涂膜。接下来,将在表面形成了氧化铜油墨的涂膜的橡皮布表面挤压凸版进行接触,使橡皮布表面上的氧化铜油墨的涂膜的一部分附着并转移至凸版的凸部的表面。由此在残留在橡皮布的表面的氧化铜油墨的涂膜上形成印刷图案。接下来,将该状态的橡皮布挤压被印刷基板的表面,对残留于橡皮布上的氧化铜油墨的涂膜进行转印,形成图案状的涂膜。评价基准如下。

a:能够反转印刷。

b:一部分未形成印刷图案。

c:不能反转印刷。

[电阻测定]

在pen膜上使用刮条涂布机制作600nm厚度的膜,利用等离子体烧制装置以1.5kw加热烧制420秒进行还原,制作铜膜。导电膜的体积电阻率使用三菱化学制造的低电阻率计lorestagp进行测定。将氧化铜油墨和涂膜的性能结果列于表1。

在实施例1至实施例5中,氧化铜油墨未发生凝集,在pen膜上制作铜膜时维持了低电阻。在实施例中,(还原剂质量/氧化铜质量)的值为0.0001以上0.10以下,(分散剂质量/氧化铜质量)的值为0.0050以上0.30以下。据认为,通过使用肼作为还原剂,氧化铜的还原得到促进,制作出了电阻低的铜膜。

与之相对,在(还原剂质量/氧化铜质量)的值小于0.001的比较例1中,在分散液中在一部分观察到了氧化铜颗粒的凝集。另外,无法通过等离子体烧制得到铜膜,无法测定电阻。另外,在(还原剂质量/氧化铜质量)的值大于0.1的比较例2中,氧化铜油墨发生了凝集,因而无法进行反转印刷和电阻测定。另外,在(分散剂质量/氧化铜质量)的值小于0.005的比较例3和大于0.30的比较例4中,氧化铜油墨均发生了凝集,因而无法进行反转印刷和电阻测定。

[激光烧制]

将实施例1的氧化铜油墨按照规定的厚度(800nm)棒涂在pet基板上,在室温下干燥10分钟,由此得到在pet上形成了涂布层的样品a。

使用电扫描仪,一边以最大速度300mm/分钟移动焦点位置一边向样品a照射激光(波长445nm、输出1.1w、连续波振荡(continuouswave:cw),由此得到25mm×1mm尺寸的包含铜的导电性膜。电阻为20μωcm。在激光烧制中也制作出了导电性膜。

<实验例2>

(氧化铜颗粒分散体的制造)

包含氧化铜颗粒的分散体的制造如下进行。

(制造例1)

将乙酸铜(ii)一水合物(和光纯药制)391.5g溶解在水3670g、1,2-丙二醇(和光纯药制)1696g的混合溶剂中,加入肼一水合物(和光纯药制)114g进行搅拌。其后通过离心分离分离成上清和沉淀物。

向所得到的沉淀物200g中加入作为分散剂的disperbyk-118(毕克化学制)27.6g以及乙醇(和光纯药制)490g,在氮气气氛下使用均化器进行分散。

接下来反复进行基于uf膜组件的浓缩和基于乙醇的稀释,进一步反复进行基于萜品醇的稀释和基于uf膜的浓缩,得到含有124g平均二次粒径为10nm的氧化亚铜的分散体s1(225.4g)。平均二次粒径使用大塚电子制fpar-1000通过累积法进行测定。在以下的制造例2~15、比较制造例1~3是同样的。

(制造例2)

将乙酸铜(ii)一水合物(和光纯药制)391.5g溶解在水10880g中,加入肼一水合物(和光纯药制)114g进行搅拌。其后通过离心分离分离成上清和沉淀物。

在此以后,通过与制造例1同样的混合量、条件和过程得到含有124g平均二次粒径为33nm的氧化亚铜的分散体s2(225.4g)。

(制造例3)

除了使用disperbyk-118(毕克化学制)6.9g作为分散剂以外,通过与制造例1相同的混合量、条件和过程得到含有124g平均二次粒径为10nm的氧化亚铜的分散体s3(204.7g)。

(制造例4)

除了使用disperbyk-118(毕克化学制)41.4g作为分散剂以外,通过与制造例1相同的混合量、条件和过程得到含有124g平均二次粒径为10nm的氧化亚铜的分散体s4(239.2g)。

(制造例5)

除了使用disperbyk-118(毕克化学制)6.9g作为分散剂以外,通过与制造例2相同的混合量、条件和过程得到含有124g平均二次粒径为33nm的氧化亚铜的分散体s5(204.7g)。

(制造例6)

除了使用disperbyk-118(毕克化学制)41.4g作为分散剂以外,通过与制造例2相同的混合量、条件和过程得到含有124g平均二次粒径为33nm的氧化亚铜的分散体s6(239.2g)。

(制造例7)

除了使用disperbyk-118(毕克化学制)4.1g作为分散剂以外,通过与制造例1相同的混合量、条件和过程得到含有124g平均二次粒径为10nm的氧化亚铜的分散体s7(201.9g)。

(制造例8)

除了使用disperbyk-118(毕克化学制)55.2g作为分散剂以外,通过与制造例1相同的混合量、条件和过程得到含有124g平均二次粒径为10nm的氧化亚铜的分散体s8(253.0g)。

(制造例9)

除了使用disperbyk-118(毕克化学制)4.1g作为分散剂以外,通过与制造例2相同的混合量、条件和过程得到含有124g平均二次粒径为33nm的氧化亚铜的分散体s9(201.9g)。

(制造例10)

除了使用disperbyk-118(毕克化学制)82.9g作为分散剂以外,通过与制造例2相同的混合量、条件和过程得到含有124g平均二次粒径为33nm的氧化亚铜的分散体s10(280.6g)。

(制造例11)

在粒径为150nm的氧化亚铜124g中加入萜品醇101.4g,在氮气气氛下使用均化器进行分散,得到分散体s11(225.4g)。

(制造例12)

除了使用γ-丁内酯代替萜品醇以外,通过与制造例1相同的混合量、条件和过程得到含有124g氧化亚铜的分散体s12(225.4g)。

(制造例13)

除了使用环己醇代替萜品醇以外,通过与制造例1相同的混合量、条件和过程得到含有124g氧化亚铜的分散体s13(225.4g)。

(制造例14)

除了使用乙二醇单乙醚乙酸酯代替萜品醇以外,通过与制造例1相同的混合量、条件和过程得到含有124g氧化亚铜的分散体s14(225.4g)。

(制造例15)

除了使用四氢化萘代替萜品醇以外,通过与制造例1相同的混合量、条件和过程得到含有氧化亚铜124g的分散体s15(225.4g)。

(比较制造例1)

在124g平均二次粒径为150nm的氧化亚铜中加入disperbyk-118(毕克化学制)27.6g和萜品醇73.8g,在氮气气氛下使用均化器进行分散,得到分散体h1(225.4g)。

(比较制造例2)

除了使用甲苯代替萜品醇以外,通过与制造例1相同的混合量、条件和过程得到含有124g氧化亚铜的分散体h2(225.4g)。

(比较制造例3)

除了使用丁醇代替萜品醇以外,通过与制造例1相同的混合量、条件和过程得到含有124g氧化亚铜的分散体h3(225.4g)。

(实施例6~67)

在制造例1~15中得到的分散体s1~s15中的任一者40g中以表2所示的分量加入下述铜颗粒a、b、c、d、e中的任一者,在氮气气氛下利用自转公转混合器进行混合,得到实施例6~67的分散体。将这些有机化合物质量比例(byk/cu2o)和铜颗粒质量比例(cu/cu2o)列于表2。

铜颗粒a:针状铜粉(平均粒径4.7μm)

铜颗粒b:树枝状铜粉(平均粒径14.5μm)

铜颗粒c:鳞片状铜粉(三井金属矿业株式会社制造的1400yp:平均粒径4.9μm)

铜颗粒d:球状铜粉(平均粒径1μm)

铜颗粒e:球状铜粉(平均粒径5μm)

将实施例6~67的分散体通过丝网印刷法在纸基板上印刷线状图案,接下来使用微波等离子体烧制器在1.5kw加热烧制420秒,在纸基板上形成宽1mm、长100mm、膜厚16μm的导电膜。

对于实施例6~67的分散体进行分散稳定性和连续印刷性的评价。另外,对于使用实施例6~67的分散体得到的导电膜进行初期电阻的测定、电阻稳定性和焊接性的测定。将其结果列于表2。

分散稳定性如下进行评价。

a···分散体制作后能够进行丝网印刷的期间为20天以上

b···分散体制作后能够进行丝网印刷的期间为5天以上且小于20天

c···分散体制作后能够进行丝网印刷的期间小于5天

关于连续印刷性,在纸基板上连续进行多次丝网印刷,将连续进行丝网印刷的印刷次数为5次以上的情况评价为a、将连续进行丝网印刷的印刷次数小于5次的情况评价为b。将其结果列于表2。

初期电阻为刚烧制后的导电膜的体积电阻率(单位;10-5ω·cm)。体积电阻率使用三菱化学公司的低电阻率计lorestagp进行测定。

电阻稳定性以烧制100天后的导电膜的体积电阻率相对于刚烧制后的导电膜的体积电阻率之比来表示。

焊接试验中,在形成了导电膜的纸基板上将药芯焊丝(锡60%铅40%)使用烙铁进行焊接,目视观察焊料部分。焊接性如下进行评价。将导电膜的表面用焊锡完全润湿,将完全未确认到排斥的状态的情况评价为“a:无缩锡”,将尽管少量但仍确认到了排斥的情况评价为“b:有缩锡”。

(实施例68~70)

将实施例6、8、44的分散体通过丝网印刷法在纸基板上印刷线状图案,接着使用novacentrix公司制造的光烧制装置pulseforge1300,以能量密度7j/cm2、脉冲宽度8毫秒进行光烧制,在纸基板上形成宽1mm、长100mm、膜厚16μm的导电膜。

对于像这样使用实施例68~70的分散体得到的导电膜进行初期电阻和电阻稳定性的测定、焊接试验。将其结果列于表2。

进行使用实施例6的分散体得到的导电膜表面的表面粗糙度测定,结果为1340nm。导电膜表面的表面粗糙度测定通过以下方法进行。

测定法:依据jisb06012013年(iso25178-2:2012)

测定设备:株式会社keyence制激光显微镜vk-x250、透镜倍率150倍

关于导电膜的表面形状,使用激光显微镜在电极的中央部进行测定。以利用激光显微镜得到的凹凸图像的整个画面为对象求出算术平均高度,将其作为表面粗糙度。

(比较例5)

向利用与制造例1相同的混合量、条件和过程得到的沉淀物40g中加入乙醇98g,在氮气氛下使用均化器进行分散,但未分散。

(比较例6)

向利用与制造例2相同的混合量、条件和过程得到的沉淀物40g中加入乙醇98g,在氮气氛下使用均化器进行分散,但未分散。

(比较例7)

向利用与制造例1相同的混合量、条件和过程得到的沉淀物和乙醇的混合物中加入松油醇98g,在氮气氛下使用均化器进行分散,但未分散。

(比较例8)

向利用与制造例2相同的混合量、条件和过程得到的沉淀物和乙醇的混合物中加入松油醇98g,在氮气氛下使用均化器进行分散,但未分散。

(比较例9~11)

向比较制造例1、制造例1、2中得到的分散体h1、s1和s2、40g中加入铜颗粒f:球状铜粉(平均粒径200μm)88g,在氮气气氛下利用自转公转混合器进行混合,得到比较例9~11的分散体。将这些有机化合物质量比例(byk/cu2o)和铜颗粒质量比例(cu/cu2o)列于表2。

使用比较例9~11的分散体,在与实施例6~67相同的条件下在纸基板上形成导电膜。对于比较例9~11的分散体进行分散稳定性和连续印刷性的评价。另外,对于使用比较例9~11的分散体得到的导电膜,进行初期电阻的测定、电阻稳定性和焊接性的测定。将其结果列于表2。

(比较例12)

在利用与制造例1相同的混合量、条件和过程得到的沉淀物200g中加入二乙二醇400g,在氮气氛下使用均化器进行分散,得到含有氧化亚铜的分散体。

向该分散体40g中加入铜颗粒d:球状铜粉(平均粒径1μm)88g,在氮气气氛下利用自转公转混合器进行混合,得到比较例12的分散体。

尝试了将比较例12的分散体通过丝网印刷法在纸基板上印刷线状图案,但铜颗粒迅速凝集,无法进行印刷。

(比较例13)

向上述铜颗粒b(88g)中加入萜品醇18g,在氮气气氛下利用自转公转混合器混合,得到比较例13的分散体。该分散体不包含氧化亚铜颗粒,因而如表2所示,铜颗粒质量比例(cu/cu2o)为零。

使用比较例13的分散体,在与实施例6~67相同的条件下在纸基板上形成导电膜。对于像这样使用比较例13的分散体得到的导电膜进行了初期电阻和电阻稳定性的测定。将其结果列于表2。

(比较例14)

在制造例11中得到的分散体s11、40g中不添加铜颗粒,在氮气气氛下利用自转公转混合器进行混合,得到比较例14的分散体。如表2中所示,这些分散体的铜颗粒质量比例(cu/cu2o)为零。

使用比较例14的分散体,在与实施例6~67相同的条件下,在纸基板上形成导电膜。对于像这样使用比较例14的分散体得到的导电膜进行初期电阻和抗稳定性的测定。将其结果列于表2。

由表2确认到,在包含平均二次粒径为10nm或33nm的氧化亚铜颗粒的分散体s1~s15中加入铜颗粒a:针状铜粉(平均粒径4.7μm)、铜颗粒b:树枝状铜粉(平均粒径14.5μm)、铜颗粒c:鳞片状铜粉(平均粒径4.9μm)、铜颗粒d:球状铜粉(平均粒径1μm)、铜颗粒e:球状铜粉(平均粒径5μm)、作为具有磷酸基的有机化合物的一例使用disperbyk-118的情况下,所得到的实施例6~67的分散体的分散稳定性优异,并且连续印刷性优异。另外确认到,使用实施例6~67的分散体通过丝网印刷法印刷线状图案并实施烧制处理而得到的实施例6~67的导电膜的初期电阻低并且电阻稳定性优异,焊接性也优异。

由这些结果确认到,包含平均二次粒径为1nm以上50nm以下的氧化铜颗粒、粒径为0.1μm以上100μm以下的铜颗粒、以及具有磷酸基的有机化合物的分散体的分散稳定性优异,在分散体制作后即使经过长期也能够进行丝网印刷。另外可知,使用这样的分散体得到的导电膜的初期电阻低、并且电阻稳定性优异。还可知焊接性优异。另外可知,具有磷酸基的有机化合物的质量相对于氧化铜的质量之比优选为0.0050以上0.40以下,更优选为0.0050以上0.30以下。

由这些结果确认到,在包含氧化亚铜颗粒的分散体s1~s15中加入铜颗粒a:针状铜粉、铜颗粒b:树枝状铜粉和铜颗粒c:鳞片状铜粉而得到的实施例6~67中,使用分散体通过丝网印刷法印刷线状图案并实施烧制处理而得到的导电膜的初期电阻低、并且电阻稳定性优异。焊接性也优异。实施例68~70也是同样的。

如上所述可知,使用实施例的分散体而得到的导电膜的焊接性优异。由此确认到,可防止将导电膜与电子部件的被接合部进行接合的焊料接合部发生不良,能够以高成品率制造出带电子部件的基板。

进而,如由导电膜的初期电阻和电阻稳定性的评价所知,确认得到了性能优异的带电子部件的基板。

另外确认到,在使用分散体s11的实施例53~55中,尽管未使用分散剂(disperbyk-118),但能够进行丝网印刷,并且初期电阻低且电阻稳定性优异。还确认到焊接性优异。由此确认到,分散剂的使用不影响本实施方式的分散体的效果。

另一方面,不使用disperbyk-118(其为具有磷酸基的有机化合物的一例)的比较例5~比较例8的分散体不能够进行丝网印刷。

另外,包含平均二次粒径为150nm的氧化亚铜颗粒和粒径为200μm的铜颗粒f:球状铜粉的比较例9的分散体中,分散稳定性为评价c。另外确认到,使用其得到的导电膜的初期电阻低、焊接性优异,但电阻稳定性差。

另外,在分散液s1、s2中添加了粒径200μm的铜颗粒f:球状铜粉的比较例10、11的分散体中,分散稳定性为评价b。但是确认到,使用它们得到的导电膜的初期电阻低、焊接性优异,但电阻稳定性差。

比较例12中,不能进行丝网印刷。另外确认到,如比较例13、14那样仅包含氧化亚铜颗粒或铜颗粒中的任一者的情况下,能够进行丝网印刷,但初期电阻高、并且电阻稳定性也低。

(比较例15、16)

在由比较制造例2、3得到的分散体h2、h3、40g中加入上述铜颗粒a(88g),在氮气气氛下利用自转公转混合器进行混合,得到比较例15、16的分散体。将这些分散体的铜颗粒质量比例(cu/cu2o)列于表2。

使用比较例15、16的分散体,在与实施例6~67相同的条件下在纸基板上形成导电膜。对于像这样使用比较例15、16的分散体得到的导电膜进行初期电阻。另外,对于比较例15、16的分散体进行连续印刷性评价。将它们的结果列于表2。

由表2可知,确认到在使用萜品醇、γ-丁内酯、环己醇、乙二醇单乙醚乙酸酯和四氢化萘作为分散介质且包含氧化亚铜颗粒的分散体s11~s15中加入铜颗粒a:针状铜粉、铜颗粒b:树枝状铜粉和铜颗粒c:鳞片状铜粉并使用所得到的实施例53~67的分散体通过丝网印刷法印刷线状图案并实施烧制处理而得到的导电膜的初期电阻低。另外,上述分散体的连续印刷性的评价为a。

另外,比较例15、16中使用了甲苯和丁醇作为分散介质,如表2所示,初期电阻低,连续印刷性的评价为b。由这些结果确认到,萜品醇、γ-丁内酯、环己醇、乙二醇单乙醚乙酸酯和四氢化萘有助于连续印刷性的提高。

由此可知,如表2中公开的实施例53~67所示,通过使用包含氧化亚铜颗粒和针状、树枝状或鳞片状的铜颗粒、包含萜品醇、γ-丁内酯、环己醇、乙二醇单乙醚乙酸酯和四氢化萘中的任一者作为分散介质、且包含具有磷酸基的有机化合物的分散体,利用丝网印刷法可得到初期电阻低、且连续印刷性优异的导电膜。

(比较例17)

使用不含氧化亚铜颗粒、且不包含具有磷酸基的有机化合物的日油株式会社制造的丝网印刷用铜糊料cp-1p,在纸基板上通过丝网印刷法印刷线状图案,接下来在与实施例6~67同样的条件下进行等离子体烧制,在纸基板上形成导电膜。

对于所得到的比较例17的导电膜进行焊接试验,但有缩锡,评价为b。另外进行了导电膜的表面粗糙度测定,结果表面粗糙度为858nm。

由表2确认到,在包含氧化亚铜颗粒的分散体s1、3、4、7、8中加入铜颗粒a:针状铜粉、铜颗粒b:树枝状铜粉和铜颗粒c:鳞片状铜粉的情况下,使用分散体通过丝网印刷法印刷线状图案并实施烧制处理而得到的导电膜的初期电阻低、电阻稳定性高,并且焊接性优异。

另外,比较例17中,尽管能够进行丝网印刷,但焊接性的评价为b、焊接性差。该结果表示,通过使用铜糊料能够进行丝网印刷,但在等离子体烧制后的导电膜中残留有会产生缩锡的有机成分,因此焊接性不良。

权利要求1基于实验例1。权利要求2、3基于实验例2。

需要说明的是,本发明并不限于以上记载的实施方式、各实施例。可以基于本领域技术人员的知识对实施方式和各实施例加以设计的变更等,并且可将实施方式和各实施例任意地组合,这样的加以变更等的方式也包含在本发明的范围中。

本申请基于2017年3月16日提交的日本特愿2017-51568、日本特愿2017-51569、日本特愿2017-51570、日本特愿2017-51571、日本特愿2017-51572、2017年7月27日提交的日本特愿2017-145188以及2018年2月13日提交的日本特愿2018-23239、日本特愿2018-23242。这些内容全部包含在本文中。

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