JP2016146290A - Conductive composition, conductive material and conductor using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、導電性組成物、それを用いた導電性材料及び導電体に関する。 The present invention relates to a conductive composition, a conductive material using the same, and a conductor.
金属パターンの形成方法として、銅等の金属粒子を含む導電性インク、導電性ペースト等の導電材料をインクジェット印刷、スクリーン印刷等により基材上に付与する工程と、導電材料を加熱して金属粒子を焼結させ、導電性を発現させる導体化工程とを含む方法が知られている。導電材料に含まれる金属粒子としては、金属の酸化を抑制して保存性を高めるために表面に被覆材としての有機物を付着させたものが知られている。 As a method for forming a metal pattern, a step of applying a conductive material such as copper or other conductive material such as conductive paste or conductive paste onto a substrate by ink jet printing, screen printing, or the like, and heating the conductive material to form metal particles A method including a step of forming a conductor and making a conductor exhibit conductivity is known. As the metal particles contained in the conductive material, those in which an organic substance as a coating material is attached to the surface in order to suppress the oxidation of the metal and enhance the storage stability are known.
特許文献1には、低温で焼結でき、良好な導電性を発現する被覆銅粒子及びその製造方法が記載されている。特許文献1に記載の銅粒子は、シュウ酸銅等の銅前駆体とヒドラジン等の還元性化合物とを混合して複合化合物を得る工程と、前記複合化合物をアルキルアミンの存在下で加熱する工程とを有する方法によって製造されるものである。特許文献1の実施例では、作製した銅粒子を含むインクをアルゴン雰囲気中、60℃/分で300℃まで加熱して30分保持することで導体化を達成している。 Patent Document 1 describes a coated copper particle that can be sintered at a low temperature and exhibits good conductivity and a method for producing the same. The copper particles described in Patent Document 1 are obtained by mixing a copper precursor such as copper oxalate and a reducing compound such as hydrazine to obtain a composite compound, and heating the composite compound in the presence of an alkylamine. It is manufactured by the method which has these. In the example of Patent Document 1, the ink containing the produced copper particles is heated to 300 ° C. at 60 ° C./min in an argon atmosphere and held for 30 minutes to achieve a conductor.
近年、生産効率の向上、使用する基材の種類の多様化等の観点から、より低温(例えば、150℃以下)での金属粒子の導体化を可能にする技術の開発が求められている。従って、特許文献1に記載されている温度よりもさらに低い温度で実施できる導体化方法や、加熱に替わる導体化方法の開発が求められている。
本発明は上記課題に鑑み、活性光線照射処理によって導電体(導体)を得ることのできる導電性組成物、それを用いた導電性材料及び導電体を提供することを目的とする。
In recent years, from the viewpoints of improving production efficiency and diversifying the types of base materials to be used, development of a technology that enables metal particles to be made conductive at a lower temperature (for example, 150 ° C. or lower) has been demanded. Accordingly, there is a need for the development of a conductorization method that can be performed at a temperature lower than the temperature described in Patent Document 1 and a conductorization method that replaces heating.
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a conductive composition capable of obtaining a conductor (conductor) by actinic ray irradiation treatment, a conductive material using the conductive composition, and a conductor.
上記課題を解決するための手段は、以下のとおりである。
(1) 脂肪酸と銅との塩化合物(脂肪酸銅)と、還元性化合物及びアルキルアミンの混合物を加熱する工程を有して得られる銅含有粒子と、光分解性化合物からなる導電性組成物。
Means for solving the above problems are as follows.
(1) A conductive composition comprising a salt compound of fatty acid and copper (fatty acid copper), a copper-containing particle obtained by heating a mixture of a reducing compound and an alkylamine, and a photodegradable compound.
(2) 前記熱分解性化合物が、光重合開始剤である(1)に記載の導電性組成物。 (2) The conductive composition according to (1), wherein the thermally decomposable compound is a photopolymerization initiator.
(3) 前記光分解性化合物が、銅含有粒子の100質量部に対して0.02〜5.0質量部である(1)又は(2)に記載の導電性組成物。 (3) The conductive composition according to (1) or (2), wherein the photodegradable compound is 0.02 to 5.0 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the copper-containing particles.
(4) 前記脂肪酸が、炭素数9以下の脂肪酸である(1)〜(3)のいずれか一項に記載の導電性組成物。 (4) The conductive composition according to any one of (1) to (3), wherein the fatty acid is a fatty acid having 9 or less carbon atoms.
(5) 前記還元性化合物が、ヒドラジン、ヒドラジン誘導体、ヒドロキシルアミン及びヒドロキシルアミン誘導体からなる群より選択される少なくとも1種を含む、(1)〜(4)のいずれか一項に記載の導電性組成物。 (5) The conductivity according to any one of (1) to (4), wherein the reducing compound includes at least one selected from the group consisting of hydrazine, hydrazine derivatives, hydroxylamine, and hydroxylamine derivatives. Composition.
(6) (1)〜(5)のいずれか一項に記載の導電性組成物を有機溶媒に混合して得られる導電性材料。 (6) A conductive material obtained by mixing the conductive composition according to any one of (1) to (5) in an organic solvent.
(7) (6)に記載の導電性材料を、0.1〜200J/cm2の活性光線を照射する露光処理して得られる導電体。 (7) A conductor obtained by subjecting the conductive material according to (6) to an exposure treatment in which an actinic ray of 0.1 to 200 J / cm 2 is irradiated.
本発明は、低温で導体化可能な導電性組成物、低温で製造可能な導電性材料及び導電体を提供することができる。 The present invention can provide a conductive composition that can be made into a conductor at a low temperature, a conductive material that can be manufactured at a low temperature, and a conductor.
本明細書において「〜」を用いて示された数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。さらに本明細書において組成物中の各成分の含有量は、組成物中に各成分に該当する物質が複数存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数の物質の合計量を意味する。
本発明において「導体化」とは、金属含有粒子を焼結させて導電性を有する物体に変化させることをいう。「導電体(導体)」とは、導電性を有する物体をいい、より具体的には体積抵抗率が300μΩ・cm以下である物体をいう。
In the present specification, a numerical range indicated using “to” indicates a range including the numerical values described before and after “to” as the minimum value and the maximum value, respectively. Further, in the present specification, the content of each component in the composition is the total amount of the plurality of substances present in the composition unless there is a specific notice when there are a plurality of substances corresponding to each component in the composition. Means.
In the present invention, “conducting” means that the metal-containing particles are sintered to be changed into a conductive object. The “conductor (conductor)” refers to an object having conductivity, more specifically, an object having a volume resistivity of 300 μΩ · cm or less.
<導電性組成物>
本発明の導電性組成物は、表面の少なくとも一部に有機物(アルキルアミン等)が存在する銅含有粒子と、光分解性化合物を有する。本発明の導電性組成物は、露光処理あるいは露光処理と低温加熱処理の併用によって、銅の導体を製造することができる。
<Conductive composition>
The conductive composition of the present invention has copper-containing particles in which an organic substance (alkylamine or the like) is present on at least a part of the surface, and a photodegradable compound. The conductive composition of the present invention can produce a copper conductor by exposure treatment or a combination of exposure treatment and low-temperature heat treatment.
(銅含有粒子)
本発明に使用される銅含有粒子は、銅を含有するコア粒子の表面の少なくとも一部に存在する有機物を有する。本発明の好ましい一実施態様では、前記有機物は、アルキルアミンに由来する物質を含む。有機物及びアルキルアミンの存在は、窒素雰囲気中で有機物が熱分解する温度以上の温度で銅含有粒子を加熱し、加熱前後の重量を比較することで得られる。
(Copper-containing particles)
The copper containing particle | grains used for this invention have the organic substance which exists in at least one part of the surface of the core particle containing copper. In a preferred embodiment of the present invention, the organic substance includes a substance derived from an alkylamine. The presence of the organic substance and the alkylamine can be obtained by heating the copper-containing particles at a temperature equal to or higher than the temperature at which the organic substance is thermally decomposed in a nitrogen atmosphere, and comparing the weights before and after the heating.
本発明において、アルキルアミンはRNH2(Rは炭化水素基であり、環状又は分岐状であってもよい)で表される1級アミン、R1R2NH(R1及びR2は同じであっても異なっていてもよい炭化水素基であり、環状又は分岐状であってもよい)で表される2級アミン、炭化水素鎖に2つのアミノ基が置換したアルキレンジアミン等を意味する。アルキルアミンは、1つ以上の二重結合を有していてもよく、酸素、ケイ素、窒素、イオウ、リン等の原子を有していてもよい。アルキルアミンは、1種のみであっても2種以上であってもよい。 In the present invention, the alkylamine is a primary amine represented by RNH 2 (R is a hydrocarbon group and may be cyclic or branched), and R 1 R 2 NH (R 1 and R 2 are the same. A hydrocarbon group which may be different or different, and may be cyclic or branched), an alkylene diamine in which two amino groups are substituted on the hydrocarbon chain, and the like. The alkylamine may have one or more double bonds, and may have atoms such as oxygen, silicon, nitrogen, sulfur, and phosphorus. The alkylamine may be only one type or two or more types.
アルキルアミンの炭化水素基の炭素数は、7以下であることが好ましい。アルキルアミンの炭化水素基の炭素数が7以下であると、本発明の方法に規定する条件で加熱した際に、より熱分解が促進されて良好な導体化が達成できる傾向にある。より良好な導体化を達成する観点からは、アルキルアミンの炭化水素基の炭素数は7以下であることが好ましく、6以下であることがより好ましい。アルキルアミンの炭化水素基の炭素数は、3以上であることが更に好ましい。 The hydrocarbon group of the alkylamine preferably has 7 or less carbon atoms. When the number of carbon atoms of the hydrocarbon group of the alkylamine is 7 or less, when heated under the conditions specified in the method of the present invention, thermal decomposition is further promoted and good conductorization tends to be achieved. From the viewpoint of achieving better conductorization, the hydrocarbon group of the alkylamine preferably has 7 or less carbon atoms, more preferably 6 or less. More preferably, the hydrocarbon group of the alkylamine has 3 or more carbon atoms.
本発明の方法に使用される1級アミンとして具体的には、エチルアミン、2−エトキシエチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、イソブチルアミン、ペンチルアミン、イソペンチルアミン、ヘキシルアミン、シクロヘキシルアミン、ヘプチルアミン、オクチルアミン、ノニルアミン、デシルアミン、ドデシルアミン、ヘキサデシルアミン、オレイルアミン、3−メトキシプロピルアミン、3−エトキシプロピルアミン等を挙げることができる。 Specific examples of the primary amine used in the method of the present invention include ethylamine, 2-ethoxyethylamine, propylamine, butylamine, isobutylamine, pentylamine, isopentylamine, hexylamine, cyclohexylamine, heptylamine, and octylamine. , Nonylamine, decylamine, dodecylamine, hexadecylamine, oleylamine, 3-methoxypropylamine, 3-ethoxypropylamine and the like.
本発明の方法に使用される2級アミンとして具体的には、ジエチルアミン、ジプロピルアミン、ジブチルアミン、エチルプロピルアミン、エチルペンチルアミン、ジブチルアミン、ジペンチルアミン、ジヘキシルアミン等を挙げることができる。 Specific examples of the secondary amine used in the method of the present invention include diethylamine, dipropylamine, dibutylamine, ethylpropylamine, ethylpentylamine, dibutylamine, dipentylamine, and dihexylamine.
本発明の方法に使用されるアルキレンジアミンとして具体的には、エチレンジアミン、N,N−ジメチルエチレンジアミン、N,N´−ジメチルエチレンジアミン、N,N−ジエチルエチレンジアミン、N,N´−ジエチルエチレンジアミン、1,3−プロパンジアミン、2,2−ジメチル−1,3−プロパンジアミン、N,N−ジメチル−1,3−ジアミノプロパン、N,N´−ジメチル−1,3−ジアミノプロパン、N,N−ジエチル−1,3−ジアミノプロパン、1,4−ジアミノブタン、1,5−ジアミノ−2−メチルペンタン、1,6−ジアミノへキサン、N,N´−ジメチル−1,6−ジアミノへキサン、1,7−ジアミノヘプタン、1,8−ジアミノオクタン、1,9−ジアミノノナン、1,12−ジアミノドデカン等を挙げることができる。 Specific examples of the alkylene diamine used in the method of the present invention include ethylene diamine, N, N-dimethylethylene diamine, N, N′-dimethyl ethylene diamine, N, N-diethyl ethylene diamine, N, N′-diethyl ethylene diamine, 1, 3-propanediamine, 2,2-dimethyl-1,3-propanediamine, N, N-dimethyl-1,3-diaminopropane, N, N′-dimethyl-1,3-diaminopropane, N, N-diethyl -1,3-diaminopropane, 1,4-diaminobutane, 1,5-diamino-2-methylpentane, 1,6-diaminohexane, N, N′-dimethyl-1,6-diaminohexane, , 7-diaminoheptane, 1,8-diaminooctane, 1,9-diaminononane, 1,12-diaminododecane, etc. Door can be.
銅含有粒子の表面の少なくとも一部に存在する有機物は、その割合がコア粒子及び有機物の合計に対して0.1〜20質量%であることが好ましい。有機物の割合が0.1質量%以上であると、充分な耐酸化性が得られる傾向にある。有機物の割合が20質量%以下であると、低温での導体化が容易に達成される傾向にある。コア粒子及び有機物の合計に対する有機物の割合は0.3〜10質量%であることがより好ましく、0.5〜5質量%であることが更に好ましい。 It is preferable that the organic substance which exists in at least one part of the surface of a copper containing particle | grain is 0.1-20 mass% with respect to the sum total of a core particle and organic substance. When the proportion of the organic substance is 0.1% by mass or more, sufficient oxidation resistance tends to be obtained. When the proportion of the organic substance is 20% by mass or less, conductorization at a low temperature tends to be easily achieved. The ratio of the organic substance to the total of the core particles and the organic substance is more preferably 0.3 to 10% by mass, and further preferably 0.5 to 5% by mass.
本発明の銅含有粒子は、粒子直径の平均値(無作為に選択される200個の銅含有粒子の長軸の長さの平均値:平均粒子径)が5〜300nmの銅含有粒子が少なくとも1つ以上密着した二次構造を有する。また30〜300nmの銅含有粒子に、平均粒子径5〜50nmの銅含有粒子が少なくとも1つ以上密着した二次構造を有する。コアとなる粒子直径の平均値が30〜300nmの銅含有粒子(コア粒子)は主に導電性の機能を担い、コア粒子に密着した平均粒子径5〜50nmの銅含有粒子(密着粒子)は、加熱時に低温で溶融することでコア粒子同士を接着する機能を担う。コア粒子の粒子直径の平均値が30nm未満の場合には周囲の密着粒子が溶融しても導電パスを形成することが困難であり、300nmを超えて大きい場合にもコア粒子同士の距離があることから導電パスを形成することが困難である。また、密着粒子の粒子直径の平均値が5nm未満と小さい場合には酸化の影響を受け易く、50nmを超えて大きい場合には低温での溶融が困難であるため、コア粒子同士を接着しにくくなる。 The copper-containing particles of the present invention have at least copper-containing particles having an average particle diameter (average value of major axis lengths of 200 copper-containing particles randomly selected: average particle diameter) of 5 to 300 nm. One or more secondary structures are in close contact. Further, it has a secondary structure in which at least one copper-containing particle having an average particle diameter of 5 to 50 nm is in close contact with the copper-containing particle of 30 to 300 nm. Copper-containing particles (core particles) having an average particle diameter of 30 to 300 nm as a core mainly have a conductive function, and copper-containing particles (adhesive particles) having an average particle diameter of 5 to 50 nm adhered to the core particles are The core particles are bonded to each other by melting at a low temperature during heating. When the average particle diameter of the core particles is less than 30 nm, it is difficult to form a conductive path even if the surrounding adhesion particles are melted. When the average particle diameter is larger than 300 nm, there is a distance between the core particles. Therefore, it is difficult to form a conductive path. In addition, when the average particle diameter of the contact particles is as small as less than 5 nm, it is easily affected by oxidation, and when it is greater than 50 nm, it is difficult to melt at a low temperature, so it is difficult to adhere the core particles to each other. Become.
本発明の銅含有粒子の形状は特に制限されない。例えば、球状、長粒状、扁平状、繊維状等を挙げることができ、銅含有粒子の用途にあわせて選択できる。印刷用ペーストとして用いる観点からは、球状、長粒状であることが好ましい。 The shape of the copper-containing particles of the present invention is not particularly limited. For example, a spherical shape, a long granular shape, a flat shape, a fibrous shape, and the like can be given, and can be selected according to the use of the copper-containing particles. From the viewpoint of use as a printing paste, it is preferably spherical or long granular.
本発明の銅含有粒子は、少なくとも金属銅を含み、必要に応じてその他の物質を含んでもよい。銅以外の物質としては、金、銀、白金、錫、ニッケル等の金属又はこれらの金属元素を含む化合物、後述する脂肪酸銅、還元性化合物又はアルキルアミンに由来する有機物、酸化銅、塩化銅等を挙げることができる。導電性にすぐれる銅パターンを形成する観点からは、銅含有粒子中の金属銅の含有率は50質量%以上であることが好ましく、60質量%以上であることがより好ましく、70質量%以上であることが更に好ましい。 The copper-containing particles of the present invention contain at least metallic copper, and may contain other substances as necessary. Examples of substances other than copper include metals such as gold, silver, platinum, tin, and nickel, or compounds containing these metal elements, fatty acid copper described later, organic compounds derived from reducing compounds or alkylamines, copper oxide, copper chloride, etc. Can be mentioned. From the viewpoint of forming a copper pattern with excellent conductivity, the content of metallic copper in the copper-containing particles is preferably 50% by mass or more, more preferably 60% by mass or more, and 70% by mass or more. More preferably.
本発明に使用する銅含有粒子は、表面の少なくとも一部に有機物が存在しているために、大気中で保存している間も銅の酸化が抑制されており、酸化物の含有率が小さい。例えば、ある実施態様では、銅含有粒子中の酸化物の含有率が5質量%以下である。銅含有粒子中の酸化物の含有率は、例えばXRD(X線回折、X‐ray diffraction)によって測定することができる。 Since the copper-containing particles used in the present invention contain organic substances on at least a part of the surface, oxidation of copper is suppressed even during storage in the atmosphere, and the oxide content is small. . For example, in one embodiment, the content rate of the oxide in a copper containing particle is 5 mass% or less. The oxide content in the copper-containing particles can be measured, for example, by XRD (X-ray diffraction).
(銅含有粒子の製造方法)
本発明に使用する銅含有粒子の製造方法は特に制限されない。本発明の好ましい一実施態様では、銅含有粒子は炭素数が9以下である脂肪酸と銅との銅塩(脂肪酸銅)と、還元性化合物と、アルキルアミンと、を含む組成物を加熱する工程を有する方法によって製造される。
(Method for producing copper-containing particles)
The method for producing the copper-containing particles used in the present invention is not particularly limited. In one preferred embodiment of the present invention, the copper-containing particles are heated in a composition containing a copper salt (fatty acid copper) of a fatty acid and copper having 9 or less carbon atoms, a reducing compound, and an alkylamine. It is manufactured by the method which has this.
前記方法は、銅前駆体として、炭素数が9以下である脂肪酸と銅との金属塩を使用するものである。これにより、銅前駆体としてシュウ酸銅等を用いる特許文献1に記載の方法と比較して、より沸点の低い(すなわち、分子量の小さい)アルキルアミンを反応媒として使用することが可能になると考えられる。その結果、得られる銅含有粒子の表面に存在する有機物がより熱分解しやすいものとなり、導体化を低温で実施することがより容易になると考えられる。 The method uses a metal salt of fatty acid and copper having 9 or less carbon atoms as a copper precursor. This makes it possible to use an alkylamine having a lower boiling point (that is, a lower molecular weight) as a reaction medium as compared with the method described in Patent Document 1 using copper oxalate or the like as a copper precursor. It is done. As a result, it is considered that the organic matter present on the surface of the obtained copper-containing particles is more easily thermally decomposed, and it becomes easier to conduct the conductor at a low temperature.
(脂肪酸)
前記方法に使用される脂肪酸は、RCOOHで表される1価のカルボン酸(Rは鎖状の炭化水素基であり、直鎖状であっても分岐を有していてもよい)である。本発明で使用される脂肪酸は、飽和脂肪酸又は不飽和脂肪酸のいずれであってもよい。粒子の良好な被覆による酸化防止の観点からは、直鎖状の飽和脂肪酸が好ましい。脂肪酸は1種のみでも、2種以上であってもよい。
(fatty acid)
The fatty acid used in the above method is a monovalent carboxylic acid represented by RCOOH (R is a chain hydrocarbon group, which may be linear or branched). The fatty acid used in the present invention may be either a saturated fatty acid or an unsaturated fatty acid. From the viewpoint of preventing oxidation due to good coating of particles, linear saturated fatty acids are preferred. Only one type or two or more types of fatty acids may be used.
前記脂肪酸の炭素数は、9以下であることが好ましい。炭素数が9以下である飽和脂肪酸としては、酢酸(炭素数2)、プロピオン酸(炭素数3)、酪酸及びイソ酪酸(炭素数4)、吉草酸及びイソ吉草酸(炭素数5)、カプロン酸(炭素数6)、エナント酸及びイソエナント酸(炭素数7)、カプリル酸、イソカプリル酸及びイソカプロン酸(炭素数8)、ノナン酸及びイソノナン酸(炭素数9)等を挙げることができる。炭素数が9以下である不飽和脂肪酸としては、上記の飽和脂肪酸の炭化水素基中に1つ以上の二重結合を有するものを挙げることができる。 The fatty acid preferably has 9 or less carbon atoms. Examples of saturated fatty acids having 9 or less carbon atoms include acetic acid (2 carbon atoms), propionic acid (3 carbon atoms), butyric acid and isobutyric acid (4 carbon atoms), valeric acid and isovaleric acid (5 carbon atoms), capron Examples include acids (carbon number 6), enanthic acid and isoenanthic acid (carbon number 7), caprylic acid, isocaprilic acid and isocaproic acid (carbon number 8), nonanoic acid and isononanoic acid (carbon number 9). Examples of the unsaturated fatty acid having 9 or less carbon atoms include those having one or more double bonds in the hydrocarbon group of the saturated fatty acid.
本発明の銅含有粒子の製造に使用される脂肪酸の種類は、得られる銅含有粒子の分散媒への分散性、焼結性等の性質に影響しうる。このため、銅含有粒子の用途に応じて脂肪酸の種類を選択することが好ましい。粒子形状の均一化の観点からは、炭素数が9以下である脂肪酸と、炭素数が4以下である脂肪酸とを併用することが好ましい。例えば、炭素数が9であるノナン酸と、炭素数が2である酢酸とを併用することが好ましい。炭素数が9以下である脂肪酸と炭素数が4以下である脂肪酸とを併用する場合の比率は、特に制限されない。 The kind of fatty acid used in the production of the copper-containing particles of the present invention can affect properties such as dispersibility of the obtained copper-containing particles in a dispersion medium and sinterability. For this reason, it is preferable to select the kind of fatty acid according to the use of copper-containing particles. From the viewpoint of homogenizing the particle shape, it is preferable to use a fatty acid having 9 or less carbon atoms and a fatty acid having 4 or less carbon atoms in combination. For example, nonanoic acid having 9 carbon atoms and acetic acid having 2 carbon atoms are preferably used in combination. The ratio in particular when using together the fatty acid having 9 or less carbon atoms and the fatty acid having 4 or less carbon atoms is not limited.
炭素数が9以下である脂肪酸と銅との塩化合物(脂肪酸銅)を得る方法は特に制限されない。例えば、水酸化銅と脂肪酸とを溶媒中で混合することで得てもよく、市販されている脂肪酸銅を用いてもよい。あるいは、水酸化銅、脂肪酸及び還元性化合物を溶媒中で混合することで、脂肪酸銅の生成と、脂肪酸銅と還元性化合物との間で形成される錯体の生成とを同じ工程中で行ってもよい。 The method for obtaining a salt compound (fatty acid copper) of fatty acid and copper having 9 or less carbon atoms is not particularly limited. For example, it may be obtained by mixing copper hydroxide and a fatty acid in a solvent, or commercially available fatty acid copper may be used. Alternatively, by mixing copper hydroxide, a fatty acid and a reducing compound in a solvent, the formation of fatty acid copper and the formation of a complex formed between the fatty acid copper and the reducing compound are performed in the same process. Also good.
(還元性化合物)
前記方法に使用される還元性化合物は、脂肪酸銅と混合した際に両化合物間で錯体等の複合化合物を形成すると考えられる。これにより、還元性化合物が脂肪酸銅中の銅イオンに対する電子のドナーとなり銅イオンの還元が生じやすくなり、錯体を形成していない状態の脂肪酸銅よりも自発的な熱分解による銅原子の遊離が生じやすくなると考えられる。還元性化合物は1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
(Reducing compounds)
The reducing compound used in the above method is considered to form a complex compound such as a complex between both compounds when mixed with fatty acid copper. As a result, the reducing compound becomes an electron donor to the copper ion in the fatty acid copper, and the reduction of the copper ion is likely to occur, and the liberation of copper atoms due to spontaneous pyrolysis than the fatty acid copper in a state where no complex is formed. This is likely to occur. A reducing compound may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together.
還元性化合物として具体的には、ヒドラジン、ヒドラジン誘導体、塩酸ヒドラジン、硫酸ヒドラジン、抱水ヒドラジン等のヒドラジン化合物、ヒドロキシルアミン、ヒドロキシルアミン誘導体等のヒドロキシルアミン化合物、水素化ホウ素ナトリウム、亜硫酸ナトリウム、亜硫酸水素ナトリウム、チオ硫酸ナトリウム、次亜リン酸ナトリウム等のナトリウム化合物などを挙げることができる。 Specific examples of reducing compounds include hydrazine, hydrazine derivatives, hydrazine hydrochloride, hydrazine sulfate, hydrazine hydrate and other hydrazine compounds, hydroxylamine, hydroxylamine derivatives such as hydroxylamine compounds, sodium borohydride, sodium sulfite, hydrogen sulfite. Examples thereof include sodium compounds such as sodium, sodium thiosulfate, and sodium hypophosphite.
脂肪酸銅中の銅原子に対して配位結合を形成しやすい、脂肪酸銅の構造を維持した状態で錯体を形成しやすい等の観点からは、アミノ基を有する還元性化合物が好ましい。アミノ基を有する還元性化合物としては、ヒドラジン及びその誘導体、ヒドロキシルアミン及びその誘導体等を挙げることができる。 A reducing compound having an amino group is preferable from the viewpoints of easily forming a coordination bond to a copper atom in fatty acid copper, and easily forming a complex while maintaining the structure of fatty acid copper. Examples of the reducing compound having an amino group include hydrazine and derivatives thereof, hydroxylamine and derivatives thereof, and the like.
前記方法において脂肪酸銅、還元性化合物及びアルキルアミンを含む組成物を加熱する工程(以下では加熱工程ともいう)における加熱温度を低くする(例えば、150℃以下)観点からは、アルキルアミンの蒸発又は分解を生じない温度範囲において銅原子の還元及び遊離を生じる錯体を形成可能な還元性化合物を選択することが好ましい。このような還元性化合物としては、ヒドラジン及びその誘導体、ヒドロキシルアミン及びその誘導体等を挙げることができる。これらの還元性化合物は、骨格を成す窒素原子が銅原子との配位結合を形成して錯体を形成可能である。また、これらの還元性化合物は一般にアルキルアミンと比較して還元力が強いため、生成した錯体が比較的穏和な条件で自発的な分解を生じ、銅原子の還元及び遊離が生じる傾向にある。 From the viewpoint of lowering the heating temperature (for example, 150 ° C. or lower) in the step of heating the composition containing fatty acid copper, the reducing compound and the alkylamine in the method (hereinafter also referred to as the heating step), the evaporation of the alkylamine or It is preferable to select a reducing compound capable of forming a complex that causes reduction and liberation of a copper atom in a temperature range that does not cause decomposition. Examples of such reducing compounds include hydrazine and its derivatives, hydroxylamine and its derivatives, and the like. These reducing compounds can form a complex by forming a coordinate bond with a copper atom by a nitrogen atom forming a skeleton. In addition, since these reducing compounds generally have a stronger reducing power than alkylamines, the resulting complexes tend to spontaneously decompose under relatively mild conditions, and tend to reduce and release copper atoms.
ヒドラジン又はヒドロキシルアミンの代わりにこれらの誘導体から好適なものを選択することで、脂肪酸銅との反応性を調節することができ、所望の条件で自発分解を生じる錯体を生成することができる。ヒドラジン誘導体としては、メチルヒドラジン、エチルヒドラジン、n−プロピルヒドラジン、イソプロピルヒドラジン、n−ブチルヒドラジン、イソブチルヒドラジン、sec−ブチルヒドラジン、t−ブチルヒドラジン、n−ペンチルヒドラジン、イソペンチルヒドラジン、neo−ペンチルヒドラジン、t−ペンチルヒドラジン、n−ヘキシルヒドラジン、イソヘキシルヒドラジン、n−ヘプチルヒドラジン、n−オクチルヒドラジン、n−ノニルヒドラジン、n−デシルヒドラジン、n−ウンデシルヒドラジン、n−ドデシルヒドラジン、シクロヘキシルヒドラジン、フェニルヒドラジン、4−メチルフェニルヒドラジン、ベンジルヒドラジン、2−フェニルエチルヒドラジン、2−ヒドラジノエタノール、アセトヒドラジン等を挙げることができる。ヒドロキシルアミンの誘導体としては、N,N−ジ(スルホエチル)ヒドロキシルアミン、モノメチルヒドロキシルアミン、ジメチルヒドロキシルアミン、モノエチルヒドロキシルアミン、ジエチルヒドロキシルアミン、N,N−ジ(カルボキシエチル)ヒドロキシルアミン等を挙げることができる。 By selecting a suitable one of these derivatives instead of hydrazine or hydroxylamine, the reactivity with the fatty acid copper can be adjusted, and a complex that generates spontaneous decomposition under a desired condition can be generated. Examples of hydrazine derivatives include methyl hydrazine, ethyl hydrazine, n-propyl hydrazine, isopropyl hydrazine, n-butyl hydrazine, isobutyl hydrazine, sec-butyl hydrazine, t-butyl hydrazine, n-pentyl hydrazine, isopentyl hydrazine, and neo-pentyl hydrazine. , T-pentylhydrazine, n-hexylhydrazine, isohexylhydrazine, n-heptylhydrazine, n-octylhydrazine, n-nonylhydrazine, n-decylhydrazine, n-undecylhydrazine, n-dodecylhydrazine, cyclohexylhydrazine, phenyl Examples include hydrazine, 4-methylphenylhydrazine, benzylhydrazine, 2-phenylethylhydrazine, 2-hydrazinoethanol, and acetohydrazine. Rukoto can. Examples of hydroxylamine derivatives include N, N-di (sulfoethyl) hydroxylamine, monomethylhydroxylamine, dimethylhydroxylamine, monoethylhydroxylamine, diethylhydroxylamine, N, N-di (carboxyethyl) hydroxylamine and the like. Can do.
脂肪酸銅に含まれる銅と還元性化合物の比率は、所望の錯体が形成される条件であれば特に制限されない。例えば、前記比率(銅:還元性化合物)はモル基準で1:1〜1:4の範囲とすることができ、1:1〜1:3の範囲とすることが好ましく、1:1〜1:2の範囲とすることがより好ましい。 The ratio of the copper and the reducing compound contained in the fatty acid copper is not particularly limited as long as a desired complex is formed. For example, the ratio (copper: reducing compound) can be in the range of 1: 1 to 1: 4 on a molar basis, preferably in the range of 1: 1 to 1: 3, and 1: 1 to 1 : The range of 2 is more preferable.
(アルキルアミン)
前記方法に使用されるアルキルアミンは、脂肪酸銅と還元性化合物とから形成される錯体の分解反応の反応媒として機能すると考えられる。さらに、還元性化合物の還元作用によって生じるプロトンを捕捉し、反応溶液が酸性に傾いて銅原子が酸化されることを抑制すると考えられる。
(Alkylamine)
The alkylamine used in the above method is considered to function as a reaction medium for the decomposition reaction of the complex formed from the fatty acid copper and the reducing compound. Furthermore, it is considered that protons generated by the reducing action of the reducing compound are captured, and the reaction solution is inclined to be acidic and copper atoms are prevented from being oxidized.
アルキルアミンは、炭化水素基の炭素数が7以下であるアルキルアミンの少なくとも1種を含むことが好ましい。これにより、低温での導体化がより容易に達成できる銅含有粒子を製造することができる。アルキルアミンは1種単独又は2種以上を併用してよく、その種類及び好ましい形態等は、本発明の銅含有粒子の表面に存在する有機物に関連して述べたものと同様である。アルキルアミンは、炭化水素基の炭素数が7以下であるアルキルアミンと炭化水素基の炭素数が8以上のアルキルアミンを含んでもよい。炭化水素基の炭素数が7以下であるアルキルアミンと炭化水素基の炭素数が8以上のアルキルアミンとを併用する場合、アルキルアミン全体に占める炭化水素基の炭素数が7以下であるアルキルアミンの割合は50質量%以上であることが好ましく、60質量%以上であることがより好ましく、70質量%以上であることが更に好ましい。 The alkylamine preferably contains at least one alkylamine whose hydrocarbon group has 7 or less carbon atoms. Thereby, the copper containing particle | grains which can more easily achieve conductorization at low temperature can be manufactured. The alkylamine may be used alone or in combination of two or more, and the kind and preferred form thereof are the same as those described in relation to the organic substance present on the surface of the copper-containing particle of the present invention. The alkylamine may include an alkylamine having a hydrocarbon group having 7 or less carbon atoms and an alkylamine having a hydrocarbon group having 8 or more carbon atoms. When an alkylamine having a hydrocarbon group having 7 or less carbon atoms and an alkylamine having 8 or more carbon atoms in a hydrocarbon group are used in combination, the alkylamine having a hydrocarbon group having 7 or less carbon atoms in the entire alkylamine Is preferably 50% by mass or more, more preferably 60% by mass or more, and still more preferably 70% by mass or more.
脂肪酸銅に含まれる銅とアルキルアミンの比率は、所望の銅含有粒子が得られる条件であれば特に制限されない。例えば、前記比率(銅:アルキルアミン)はモル基準で1:1〜1:8の範囲とすることができ、1:1〜1:6の範囲とすることが好ましく、1:1〜1:4の範囲とすることがより好ましい。 The ratio of copper and alkylamine contained in fatty acid copper is not particularly limited as long as desired copper-containing particles are obtained. For example, the ratio (copper: alkylamine) can be in a range of 1: 1 to 1: 8 on a molar basis, preferably in a range of 1: 1 to 1: 6, and 1: 1 to 1: A range of 4 is more preferable.
(加熱工程)
前記方法において、脂肪酸銅、還元性化合物及びアルキルアミンを含む組成物を加熱する工程を実施するための方法は特に制限されない。例えば、脂肪酸銅と還元性化合物とを溶媒に混合した後にアルキルアミンを添加して加熱する方法、脂肪酸銅とアルキルアミンとを溶媒と混合した後にさらに還元性化合物を添加して加熱する方法、脂肪酸銅の出発物質である水酸化銅、脂肪酸、還元性化合物及びアルキルアミンを溶媒に混合して加熱する方法、脂肪酸銅とアルキルアミンとを溶媒に混合した後に還元性化合物を添加して加熱する方法等を挙げることができる。
(Heating process)
In the said method, the method in particular for implementing the process of heating the composition containing fatty-acid copper, a reducing compound, and an alkylamine is not restrict | limited. For example, a method in which fatty acid copper and a reducing compound are mixed in a solvent and then heated by adding an alkylamine, a method in which fatty acid copper and an alkylamine are mixed with a solvent, and then a method in which a reducing compound is further added and heated, a fatty acid A method of heating copper hydroxide, a fatty acid, a reducing compound, and an alkylamine, which are copper starting materials, in a solvent, a method of heating, a method of mixing a fatty acid copper and an alkylamine in a solvent, and then adding a reducing compound and heating Etc.
前記方法では、銅前駆体として炭素数が9以下である脂肪酸銅を用いることにより、加熱工程を比較的低温で行うことができる。例えば、150℃以下で行うことができ、130℃以下で行うことが好ましく、100℃以下で行うことが更に好ましい。 In the said method, a heating process can be performed at comparatively low temperature by using the fatty acid copper whose carbon number is 9 or less as a copper precursor. For example, it can be performed at 150 ° C. or lower, preferably 130 ° C. or lower, more preferably 100 ° C. or lower.
脂肪酸銅、還元性化合物及びアルキルアミンを含む組成物は、さらに溶媒を含んでもよい。脂肪酸銅と還元性化合物による錯体の形成を促進する観点からは、極性溶媒を含むことが好ましい。ここで極性溶媒とは、25℃で水に対する溶解度を有するものであることが好ましく、アルコール溶媒であることがより好ましい。溶媒としてアルコールを用いることで錯体の形成が促進される理由は明らかではないが、固体である脂肪酸銅を溶解させながら水溶性である還元性化合物との接触が促進されるためと考えられる。溶媒は1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。 The composition containing fatty acid copper, a reducing compound and an alkylamine may further contain a solvent. From the viewpoint of promoting the formation of a complex of fatty acid copper and a reducing compound, it is preferable to include a polar solvent. Here, the polar solvent is preferably a solvent having solubility in water at 25 ° C., and more preferably an alcohol solvent. The reason why the formation of the complex is promoted by using alcohol as the solvent is not clear, but it is considered that the contact with the water-soluble reducing compound is promoted while dissolving the solid fatty acid copper. A solvent may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together.
25℃で水に対する溶解度を示すアルコールとしては、炭素数が1〜8であり、分子中に水酸基を1つ有するアルコールを挙げることができる。このようなアルコールとしては、直鎖状のアルキルアルコール、フェノール、分子内にエーテル結合を有する炭化水素の水素原子を水酸基で置換したもの等を挙げることができる。より強い極性を発現する観点からは、分子中に水酸基を2個以上含むアルコールも好ましく用いられる。また、製造される銅含有粒子の用途に応じてイオウ原子、リン原子、ケイ素原子等を含むアルコールを用いてもよい。 As alcohol which shows the solubility with respect to water at 25 degreeC, C1-C8 can be mentioned and the alcohol which has one hydroxyl group in a molecule | numerator can be mentioned. Examples of such alcohols include linear alkyl alcohols, phenols, and those obtained by replacing hydrogen atoms of hydrocarbons having an ether bond in the molecule with hydroxyl groups. From the viewpoint of expressing a stronger polarity, an alcohol having two or more hydroxyl groups in the molecule is also preferably used. Moreover, you may use alcohol containing a sulfur atom, a phosphorus atom, a silicon atom, etc. according to the use of the copper containing particle | grains manufactured.
溶媒として用いるアルコールとして具体的には、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、ヘプタノール、オクタノール、アリルアルコール、ベンジルアルコール、ピナコール、プロピレングリコール、メントール、カテコール、ヒドロキノン、サリチルアルコール、グリセリン、ペンタエリスリトール、スクロース、グルコース、キシリトール、メトキシエタノール、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ペンタエチレングリコール等を挙げることができる。 Specific examples of alcohol used as a solvent include methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, butanol, pentanol, hexanol, heptanol, octanol, allyl alcohol, benzyl alcohol, pinacol, propylene glycol, menthol, catechol, hydroquinone, Examples include salicyl alcohol, glycerin, pentaerythritol, sucrose, glucose, xylitol, methoxyethanol, triethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol, and pentaethylene glycol.
前記アルコールのうち、水に対する溶解度が極めて大きいメタノール、エタノール、1−プロパノール及び2−プロパノールが好ましく、1−プロパノール及び2−プロパノールがより好ましく、1−プロパノールが更に好ましい。 Among the alcohols, methanol, ethanol, 1-propanol and 2-propanol having a very high solubility in water are preferable, 1-propanol and 2-propanol are more preferable, and 1-propanol is still more preferable.
(光分解性化合物)
本発明に用いられる光分解性化合物としては光重合開始剤が挙げられ、パターン形成時の感度を良くするために、300〜400nmにおいて吸収帯を有することが好ましい。
(Photodegradable compounds)
The photodegradable compound used in the present invention includes a photopolymerization initiator, and preferably has an absorption band at 300 to 400 nm in order to improve sensitivity during pattern formation.
光重合開始剤の具体例としては、ベンゾフェノン、N,N´−テトラメチル−4,4´−ジアミノベンゾフェノン(ミヒラーケトン)、N,N´−テトラエチル−4,4´−ジアミノベンゾフェノン、4−メトキシ−4´−ジメチルアミノベンゾフェノン、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルホリノフェニル)−ブタノン−1、2,2−ジメトキシ−1,2−ジフェニルエタン−1−オン、1−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン、2−メチル−1−(4−(メチルチオ)フェニル)−2−モルフォリノプロパノン−1、2,4−ジエチルチオキサントン、2−エチルアントラキノン及びフェナントレンキノン等の芳香族ケトン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル及びベンゾインフェニルエーテル等のベンゾインエーテル、メチルベンゾイン及びエチルベンゾイン等のベンゾイン、ベンジルジメチルケタール等のベンジル誘導体、2−(o−クロロフェニル)−4,5−ジフェニルイミダゾール二量体、2−(o−クロロフェニル)−4,5−ジ(m−メトキシフェニル)イミダゾール二量体、2−(o−フルオロフェニル)−4,5−フェニルイミダゾール二量体、2−(o−メトキシフェニル)−4,5−ジフェニルイミダゾール二量体、2−(p−メトキシフェニル)−4,5−ジフェニルイミダゾール二量体、2,4−ジ(p−メトキシフェニル)−5−フェニルイミダゾール二量体及び2−(2,4−ジメトキシフェニル)−4,5−ジフェニルイミダゾール二量体等の2,4,5−トリアリールイミダゾール二量体、9−フェニルアクリジン及び1,7−ビス(9,9´−アクリジニル)ヘプタン等のアクリジン誘導体、ビス(2,6−ジメトキシベンゾイル)−2,4,4−トリメチル−ペンチルフォスフィンオキサイド及びビス(2,4,6,−トリメチルベンゾイル)−フェニルフォスフィンオキサイド等のビスアシルフォスフィンオキサイドが挙げられる。これらは単独で又は二種類以上を組み合わせて使用することができる。これらの化合物が露光時に発する分解熱を利用することで、導体化温度が150℃以下でも銅粒子の導体化を促進することができ、基材へのダメージを低減することができる。 Specific examples of the photopolymerization initiator include benzophenone, N, N′-tetramethyl-4,4′-diaminobenzophenone (Michler ketone), N, N′-tetraethyl-4,4′-diaminobenzophenone, 4-methoxy- 4'-dimethylaminobenzophenone, 2-benzyl-2-dimethylamino-1- (4-morpholinophenyl) -butanone-1,2,2-dimethoxy-1,2-diphenylethane-1-one, 1-hydroxy- Aromatic ketones such as cyclohexyl-phenyl-ketone, 2-methyl-1- (4- (methylthio) phenyl) -2-morpholinopropanone-1,2,4-diethylthioxanthone, 2-ethylanthraquinone and phenanthrenequinone, benzoin Methyl ether, benzoin ethyl ether and benzoin phenyl ether Benzoin ethers such as tellurium, benzoins such as methylbenzoin and ethylbenzoin, benzyl derivatives such as benzyldimethyl ketal, 2- (o-chlorophenyl) -4,5-diphenylimidazole dimer, 2- (o-chlorophenyl) -4 , 5-di (m-methoxyphenyl) imidazole dimer, 2- (o-fluorophenyl) -4,5-phenylimidazole dimer, 2- (o-methoxyphenyl) -4,5-diphenylimidazole dimer 2-mer, 2- (p-methoxyphenyl) -4,5-diphenylimidazole dimer, 2,4-di (p-methoxyphenyl) -5-phenylimidazole dimer and 2- (2,4-dimethoxy) 2,4,5-triarylimidazole dimer such as phenyl) -4,5-diphenylimidazole dimer, 9 Acridine derivatives such as phenylacridine and 1,7-bis (9,9'-acridinyl) heptane, bis (2,6-dimethoxybenzoyl) -2,4,4-trimethyl-pentylphosphine oxide and bis (2,4 , 6, -trimethylbenzoyl) -phenylphosphine oxide and the like. These can be used alone or in combination of two or more. By utilizing the decomposition heat generated by these compounds at the time of exposure, the conductorization of the copper particles can be promoted even when the conductorization temperature is 150 ° C. or less, and damage to the substrate can be reduced.
本発明の導電性組成物を導体化する方法において、露光や加熱される導電性組成物の状態は特に制限されない。例えば、導電性組成物をそのまま露光や加熱をしてもよく、所望の分散媒と混合してインク、ペースト等の導電性材料としてもよい。本発明の導電性組成物を導体化する場合は、組成物の状態を導電性材料とした場合にその効果がより顕著である。銅含有粒子の形状は特に制限されない。例えば、球状、長粒状、扁平状、繊維状等を挙げることができ、銅含有粒子の用途にあわせて選択できる。印刷用ペーストとして用いる観点からは、球状又は長粒状であることが好ましい。 In the method for making a conductive composition of the present invention into a conductor, the state of the conductive composition to be exposed or heated is not particularly limited. For example, the conductive composition may be exposed or heated as it is, and may be mixed with a desired dispersion medium to form a conductive material such as ink or paste. When the conductive composition of the present invention is made into a conductor, the effect is more remarkable when the state of the composition is a conductive material. The shape of the copper-containing particles is not particularly limited. For example, a spherical shape, a long granular shape, a flat shape, a fibrous shape, and the like can be given, and can be selected according to the use of the copper-containing particles. From the viewpoint of use as a printing paste, it is preferably spherical or long granular.
本発明の導電性組成物においては、前記のように粒子直径の平均値(無作為に選択される200個の銅含有粒子の長軸の長さの平均値)が5〜300nmの銅含有粒子が少なくとも1つ以上密着した二次構造を有する。また30〜300nmの銅含有粒子に、平均粒子径5〜50nmの銅含有粒子が少なくとも1つ以上密着した二次構造を有する。コアとなる粒子直径の平均値が30〜300nmの銅含有粒子(コア粒子)は主に導電性の機能を担い、コア粒子に密着した平均粒子径5〜50nmの銅含有粒子(密着粒子)は、加熱時に低温で溶融することでコア粒子同士を接着する機能を担う。コア粒子の粒子直径の平均値が30nm未満の場合には周囲の密着粒子が溶融しても導電パスを形成することが困難であり、300nmを超えて大きい場合にもコア粒子同士の距離があることから導電パスを形成することが困難である。また、密着粒子の粒子直径の平均値が5nm未満と小さい場合には酸化の影響を受け易く、50nmを超えて大きい場合には低温での溶融が困難であるため、コア粒子同士を接着しにくくなる。 In the conductive composition of the present invention, as described above, the average value of the particle diameter (the average value of the major axis length of 200 randomly selected copper-containing particles) is 5 to 300 nm. Have a secondary structure in which at least one of them is in close contact. Further, it has a secondary structure in which at least one copper-containing particle having an average particle diameter of 5 to 50 nm is in close contact with the copper-containing particle of 30 to 300 nm. Copper-containing particles (core particles) having an average particle diameter of 30 to 300 nm as a core mainly have a conductive function, and copper-containing particles (adhesive particles) having an average particle diameter of 5 to 50 nm adhered to the core particles are The core particles are bonded to each other by melting at a low temperature during heating. When the average particle diameter of the core particles is less than 30 nm, it is difficult to form a conductive path even if the surrounding adhesion particles are melted. When the average particle diameter is larger than 300 nm, there is a distance between the core particles. Therefore, it is difficult to form a conductive path. In addition, when the average particle diameter of the contact particles is as small as less than 5 nm, it is easily affected by oxidation, and when it is greater than 50 nm, it is difficult to melt at a low temperature, so it is difficult to adhere the core particles to each other. Become.
本発明において長軸の長さとは、粒子に外接し、互いに平行である二平面の間の距離が最大となるように選ばれる二平面間の距離を意味する。本発明において長軸の長さの中央値とは、200個の銅含有粒子の長軸の長さの値を小さい順に並べたときに中央に位置する2つの値(100番目及び101番目)の算術平均値を意味する。銅含有粒子の長軸の長さは、電子顕微鏡による観察等の通常の方法によって測定できる。 In the present invention, the length of the major axis means the distance between two planes selected so that the distance between the two planes circumscribing the particle and parallel to each other is maximized. In the present invention, the median value of the length of the major axis is the two values (100th and 101st) located at the center when the major axis length values of 200 copper-containing particles are arranged in ascending order. Means the arithmetic mean. The length of the major axis of the copper-containing particles can be measured by a usual method such as observation with an electron microscope.
本発明の組成物を導体化する場合、必要に応じてその他の工程を含んでもよい。その他の工程としては、加熱工程後に還元雰囲気中で加熱して生成した酸化銅を還元する工程、加熱工程後に光焼成で残存成分を除去する工程、加熱工程後に荷重をかける工程等を挙げることができる。 When making the composition of this invention into a conductor, you may include another process as needed. Other steps include a step of reducing copper oxide generated by heating in a reducing atmosphere after the heating step, a step of removing residual components by light baking after the heating step, and a step of applying a load after the heating step. it can.
(導電性材料)
本発明の導電性組成物は、必要に応じて分散媒やその他の成分を含んでもよい。本発明の導電性組成物を分散媒と混合しペースト化、インク化することで、各種印刷方法に対応することができる。
(Conductive material)
The conductive composition of the present invention may contain a dispersion medium and other components as necessary. By mixing the conductive composition of the present invention with a dispersion medium to form a paste and an ink, various printing methods can be supported.
本発明の導電性組成物をペースト化、インク化する場合に使用される分散媒は特に制限されず、導電性インク、導電性ペースト等の作製に一般に用いられる有機溶剤から用途に応じて選択できる。例えば、粘度コントロールの観点からはテルピネオール、イソボルニルシクロヘキサノール、ジヒドロターピネオール、ジヒドロターピネオールアセテート等が好ましい。本発明の導電性材料(導電性ペースト又は導電性インク)は、前記導電性組成物を有機溶媒に混合して得られる。 The dispersion medium used when the conductive composition of the present invention is made into a paste or ink is not particularly limited, and can be selected from organic solvents generally used for the production of conductive inks, conductive pastes, and the like according to applications. . For example, terpineol, isobornylcyclohexanol, dihydroterpineol, dihydroterpineol acetate and the like are preferable from the viewpoint of viscosity control. The conductive material (conductive paste or conductive ink) of the present invention is obtained by mixing the conductive composition with an organic solvent.
本発明の導電性材料の状態は特に制限されず、用途に応じて選択できる。例えば、導電性材料をスクリーン印刷法に適用する場合は使用する温度で粘度が0.1〜30Pa・sの導電性ペーストであることが好ましく、1〜30Pa・sであることがより好ましい。導電性材料をインクジェット印刷法に適用する場合は、使用するインクジェットヘッドの規格にもよるが、使用する温度で粘度が0.1〜30mPa・sの導電性インクであることが好ましく、5〜20mPa・sであることがより好ましい。 The state of the conductive material of the present invention is not particularly limited and can be selected according to the application. For example, when the conductive material is applied to the screen printing method, it is preferably a conductive paste having a viscosity of 0.1 to 30 Pa · s, more preferably 1 to 30 Pa · s at the temperature used. When the conductive material is applied to the inkjet printing method, it is preferably a conductive ink having a viscosity of 0.1 to 30 mPa · s at the temperature to be used, depending on the standard of the inkjet head to be used. -It is more preferable that it is s.
<導電体(導体)>
本発明の導電性材料により製造される導電体(導体)の形状は特に制限されず、薄膜状、パターン状等を挙げることができる。本発明の導電性材料により製造される導電体は、種々の電子部品の配線等に使用できる。特に、本発明の導電性材料により製造される導電体は加熱工程が不要、あるいは従来工程よりも低温で製造できるため、樹脂等の耐熱性の低い基板上に金属箔、配線パターン等を形成する用途に好適に用いられる。
<Conductor (conductor)>
The shape of the conductor (conductor) manufactured by the conductive material of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include a thin film shape and a pattern shape. The conductor manufactured by the conductive material of the present invention can be used for wiring of various electronic components. In particular, since a conductor manufactured using the conductive material of the present invention does not require a heating process or can be manufactured at a temperature lower than that of a conventional process, a metal foil, a wiring pattern, or the like is formed on a substrate having low heat resistance such as a resin. It is suitably used for applications.
本発明の導電性材料を導体化する方法において、加熱工程が実施される雰囲気中の成分は特に制限されず、通常の導体の製造工程で用いられる窒素、アルゴン等から選択できる。また、水素、ぎ酸などの還元性物質を例えば先に記した窒素等に飽和させた雰囲気中で加熱してもよい。また、加熱時の圧力は特に制限ないが、減圧とすることで低温化が期待できる。 In the method for converting the conductive material of the present invention into a conductor, the components in the atmosphere in which the heating step is carried out are not particularly limited, and can be selected from nitrogen, argon, and the like used in a normal conductor manufacturing step. Alternatively, heating may be performed in an atmosphere in which a reducing substance such as hydrogen or formic acid is saturated with, for example, nitrogen described above. The pressure during heating is not particularly limited, but a reduction in temperature can be expected by reducing the pressure.
本発明の導電性材料を導体化する方法において、露光処理時の出力は0.1〜200J/cm2が好ましい。露光量が0.1J/cm2未満の場合には焼結を補助するエネルギーが十分ではなく、200J/cm2を超えて大きい場合では基材にダメージを与える可能性がある。露光処理時の活性光線としては、例えば電子線、紫外線、α線、γ線、及びエックス線等であり、好ましくは紫外線である。 In the method for making a conductive material of the present invention into a conductor, the output during the exposure process is preferably 0.1 to 200 J / cm 2 . If the exposure amount is less than 0.1 J / cm 2 is not sufficient energy for assisting the sintering, it is possible that damage to the substrate is greater exceed 200 J / cm 2. The actinic rays at the time of the exposure treatment are, for example, electron beams, ultraviolet rays, α rays, γ rays, and X-rays, and preferably ultraviolet rays.
本発明の導電性材料を導体化する方法において、加熱工程は一定の昇温速度で行っても、不規則に変化させてもよい。加熱工程の時間は特に制限されず、加熱温度、加熱雰囲気、銅含有粒子の量等を考慮して選択できる。 In the method for converting a conductive material of the present invention into a conductor, the heating step may be performed at a constant rate of temperature increase or irregularly. The time for the heating step is not particularly limited, and can be selected in consideration of the heating temperature, the heating atmosphere, the amount of copper-containing particles, and the like.
基板上に導電性材料を付与し、加熱して本発明の導電体を形成する場合、基板の材質は特に制限されず、導電性を有していても有していなくてもよい。例えば、Cu、Au、Pt、Pd、Ag、Zn、Ni、Co、Fe、Al、Sn等の金属、これら金属の合金、ITO、ZnO、SnO、Si等の半導体、ガラス、黒鉛、グラファイト等のカーボン材料、樹脂、紙などを挙げることができる。本発明の導電性材料は低温で加熱して導体を得られるため、特に、耐熱性が比較的低い材質からなる基板を用いる場合に好適に適用することができる。このような材質としては、熱可塑性樹脂が挙げられる。熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン等のポリオレフィン樹脂、ポリエチレンテレフタレートやポリエチレンナフタレート等のポリエステル、ポリカーボネート、ポリイミド樹脂等が挙げられる。基板の形状は特に制限されず、板状、棒状、ロール状、フィルム状等であってよい。 When a conductive material is provided on a substrate and heated to form the conductor of the present invention, the material of the substrate is not particularly limited and may or may not have conductivity. For example, metals such as Cu, Au, Pt, Pd, Ag, Zn, Ni, Co, Fe, Al, Sn, alloys of these metals, semiconductors such as ITO, ZnO, SnO, Si, glass, graphite, graphite, etc. A carbon material, resin, paper, etc. can be mentioned. Since the conductive material of the present invention can be obtained by heating at a low temperature, it can be suitably applied particularly when a substrate made of a material having relatively low heat resistance is used. An example of such a material is a thermoplastic resin. Examples of the thermoplastic resin include polyolefin resins such as polyethylene, polypropylene, and polymethylpentene, polyesters such as polyethylene terephthalate and polyethylene naphthalate, polycarbonate, and polyimide resins. The shape of the substrate is not particularly limited, and may be a plate shape, a rod shape, a roll shape, a film shape, or the like.
本発明の方法により製造される導体の体積抵抗率は、300μΩ・cm以下であり、200μΩ・cm以下であることが好ましく、100μΩ・cm以下であることがより好ましく、50μΩ・cm以下であることが更に好ましく、10μΩ・cm以下であることが特に好ましい。 The volume resistivity of the conductor produced by the method of the present invention is 300 μΩ · cm or less, preferably 200 μΩ · cm or less, more preferably 100 μΩ · cm or less, and 50 μΩ · cm or less. Is more preferably 10 μΩ · cm or less.
本発明の導電性材料により形成した銅膜は、例えば積層板、太陽電池パネル、ディスプレイ、トランジスタなどの電気配線、放熱膜、表面被覆膜、半導体パッケージなどに利用することができる。 The copper film formed of the conductive material of the present invention can be used for, for example, electrical wiring such as a laminated plate, a solar cell panel, a display, and a transistor, a heat dissipation film, a surface coating film, and a semiconductor package.
以下、本発明の導電性組成物、導電性材料及び導電体について実施例をもとに説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。 Hereinafter, although the conductive composition, the conductive material, and the conductor of the present invention will be described based on examples, the present invention is not limited to these examples.
<実施例1>
[1.1]ノナン酸銅の合成
脂肪酸と銅との塩化合物(脂肪酸銅)を合成するため水酸化銅(関東化学株式会社、特級)91.5g(0.94mol)に1−プロパノール(関東化学株式会社、特級)150mLを加えて撹拌し、これに脂肪酸としてノナン酸(関東化学株式会社、純度90質量%以上)370.9g(2.34mol)を加えた。得られた混合物を、セパラブルフラスコ中で90℃、30分間加熱撹拌した。得られた溶液を加熱したままろ過して未溶解物を除去した。その後放冷し、生成した脂肪酸銅であるノナン酸銅を吸引ろ過し、洗浄液が透明になるまでヘキサンで洗浄した。得られた粉体を50℃の防爆オーブンで3時間乾燥してノナン酸銅(II)を得た。収量は340g(収率96質量%)であった。
<Example 1>
[1.1] Synthesis of Copper Nonanoate To synthesize a salt compound (fatty acid copper) of fatty acid and copper, 91.5 g (0.94 mol) of copper hydroxide (Kanto Chemical Co., Ltd., special grade) and 1-propanol (Kanto) 150 mL of Chemical Co., Ltd. (special grade) was added and stirred, and 370.9 g (2.34 mol) of nonanoic acid (Kanto Chemical Co., Inc., purity 90 mass% or more) was added as a fatty acid. The obtained mixture was heated and stirred at 90 ° C. for 30 minutes in a separable flask. The obtained solution was filtered while heated to remove undissolved substances. Thereafter, the mixture was allowed to cool, and copper nonanoate, which was the produced fatty acid copper, was suction filtered and washed with hexane until the cleaning liquid became transparent. The obtained powder was dried in an explosion-proof oven at 50 ° C. for 3 hours to obtain copper (II) nonanoate. The yield was 340 g (yield 96 mass%).
[1.2]銅粒子の合成
脂肪酸銅として上記で得られたノナン酸銅(II)15.01g(0.040mol)と酢酸銅(II)無水物(関東化学株式会社、特級)7.21g(0.040mol)をセパラブルフラスコに入れ、1−プロパノール10mLとアルキルアミンとしてヘキシルアミン(東京化成工業株式会社、純度99質量%)32.1g(0.32mol)を添加し、オイルバス中で80℃で加熱撹拌して溶解させた。氷浴に移し、内温が5℃になるまで冷却した後、還元性化合物としてヒドラジン一水和物(関東化学株式会社、特級)7.72mL(0.16mol)を1−プロパノール12mLに溶解させた溶液を脂肪酸銅の溶液に加え、氷浴中で撹拌した。なお、銅:ヘキシルアミンのモル比は1:4である。次いで、オイルバス中で、90℃で加熱撹拌した。その際、発泡を伴う還元反応が進み、10分以内で反応が終了した。セパラブルフラスコの内壁が銅光沢を呈し、溶液が暗赤色に変化した。遠心分離を9000(回転/分)で1分間実施して固体物を得た。固形物を更にヘキサン15mLで洗浄する工程を3回繰り返し、酸残渣を除去して、銅光沢を有する銅粒子(銅含有粒子)の粉体を含む銅ケークを得た。
[1.2] Synthesis of copper particles 15.01 g (0.040 mol) of nonanoate copper (II) obtained as fatty acid copper and 7.21 g of copper (II) acetate anhydride (Kanto Chemical Co., Ltd., special grade) (0.040 mol) was put into a separable flask, 10 mL of 1-propanol and 32.1 g (0.32 mol) of hexylamine (Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., purity 99% by mass) as an alkylamine were added, and in an oil bath It was heated and stirred at 80 ° C. to dissolve. After moving to an ice bath and cooling until the internal temperature reaches 5 ° C., 7.72 mL (0.16 mol) of hydrazine monohydrate (Kanto Chemical Co., Ltd., special grade) as a reducing compound is dissolved in 12 mL of 1-propanol. The solution was added to the fatty acid copper solution and stirred in an ice bath. The molar ratio of copper: hexylamine is 1: 4. Subsequently, it heated and stirred at 90 degreeC in the oil bath. At that time, the reduction reaction accompanied with foaming progressed, and the reaction was completed within 10 minutes. The inner wall of the separable flask had a copper luster and the solution turned dark red. Centrifugation was performed at 9000 (rev / min) for 1 minute to obtain a solid. The process of further washing the solid with 15 mL of hexane was repeated three times to remove the acid residue, thereby obtaining a copper cake containing powder of copper particles (copper-containing particles) having copper luster.
前記銅ケーク(60質量部)、有機溶媒としてテルピネオール(20質量部)、及びイソボルニルシクロヘキサノール(商品名:テルソルブMTPH、日本テルペン化学株式会社)(20質量部)、光分解性化合物としてN,N´−テトラメチル−4,4´−ジアミノベンゾフェノン(0.02質量部)を混合して導電材料を作製した。得られた導電性材料をポリエチレンナフタレート(PEN)フィルム上に塗布し、10J/cm2で露光して金属銅の薄膜を形成した。 The copper cake (60 parts by mass), terpineol (20 parts by mass) as an organic solvent, and isobornylcyclohexanol (trade name: Tersolve MTPH, Nippon Terpene Chemical Co., Ltd.) (20 parts by mass), N as a photodegradable compound , N′-tetramethyl-4,4′-diaminobenzophenone (0.02 parts by mass) was mixed to prepare a conductive material. The obtained conductive material was applied on a polyethylene naphthalate (PEN) film and exposed at 10 J / cm 2 to form a thin metal copper film.
<実施例2>
N,N´−テトラメチル−4,4´−ジアミノベンゾフェノン(0.2質量部)を混合した以外は実施例1と同様に実施した。
<Example 2>
The same operation as in Example 1 was performed except that N, N′-tetramethyl-4,4′-diaminobenzophenone (0.2 parts by mass) was mixed.
<実施例3>
N,N´−テトラメチル−4,4´−ジアミノベンゾフェノン(1.0質量部)を混合した以外は実施例1と同様に実施した。
<Example 3>
The same operation as in Example 1 was carried out except that N, N'-tetramethyl-4,4'-diaminobenzophenone (1.0 part by mass) was mixed.
<実施例4>
N,N´−テトラメチル−4,4´−ジアミノベンゾフェノン(5.0質量部)を混合した以外は実施例1と同様に実施した。
<Example 4>
The same operation as in Example 1 was conducted except that N, N′-tetramethyl-4,4′-diaminobenzophenone (5.0 parts by mass) was mixed.
<比較例1>
露光処理に替え、140℃で1時間加熱処理した以外は実施例1と同様に実施した。
<Comparative Example 1>
It replaced with the exposure process and implemented similarly to Example 1 except having heat-processed at 140 degreeC for 1 hour.
<比較例2>
N,N´−テトラメチル−4,4´−ジアミノベンゾフェノンを混合しない以外は実施例1と同様に実施した。
<Comparative example 2>
The same procedure as in Example 1 was performed except that N, N′-tetramethyl-4,4′-diaminobenzophenone was not mixed.
<参考例1>
N,N´−テトラメチル−4,4´−ジアミノベンゾフェノン(0.002質量部)を混合した以外は実施例1と同様に実施した。
<Reference Example 1>
The same operation as in Example 1 was carried out except that N, N′-tetramethyl-4,4′-diaminobenzophenone (0.002 parts by mass) was mixed.
(評価)
各実施例、各比較例で得られた金属銅の薄膜の体積抵抗率を、4端針面抵抗測定器で測定した面抵抗値と、非接触表面・層断面形状計測システム(VertScan、株式会社菱化システム)で求めた膜厚とから計算した結果を、表1に示した。
(Evaluation)
The surface resistivity measured by a four-end needle surface resistance measuring instrument and the volume resistivity of the metallic copper thin film obtained in each example and each comparative example, and a non-contact surface / layer cross-sectional shape measurement system (VertScan, Inc.) Table 1 shows the results calculated from the film thickness obtained by Ryoka System.
以上より、本発明の導電性組成物は良好な導電性を示すことがわかった。
As mentioned above, it turned out that the electroconductive composition of this invention shows favorable electroconductivity.
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