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JP2022032971A - 金属ペースト - Google Patents

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JP2022032971A JP2021111006A JP2021111006A JP2022032971A JP 2022032971 A JP2022032971 A JP 2022032971A JP 2021111006 A JP2021111006 A JP 2021111006A JP 2021111006 A JP2021111006 A JP 2021111006A JP 2022032971 A JP2022032971 A JP 2022032971A
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友秀 吉田
Tomohide Yoshida
奨 坂上
Susumu Sakagami
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Kao Corp
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Abstract

【課題】体積抵抗率が低く、温度変化による体積抵抗率の変動が小さく、かつ耐屈曲性に優れる金属膜を形成することができる金属ペースト、及び該金属ペーストを用いる金属膜の製造方法を提供する。
【解決手段】金属酸化物A、カルボン酸金属塩B、カルボキシ基を有するポリマーC、及びポリオールDを含有し、金属酸化物A及びカルボン酸金属塩Bの合計含有量が55質量%以上である、金属ペースト、並びに該金属ペーストを用いる金属膜の製造方法である。
【選択図】なし

Description

本発明は、金属ペースト、及び該金属ペーストを用いる金属膜の製造方法に関する。
金属酸化物は、還元することにより金属ナノ粒子を生成させ、該金属ナノ粒子の焼結により導電性を有する塗膜を形成することができるため、各種電子部品における回路や電極の形成又は部材の接合等に用いられている。
特許文献1では、空隙が少なく導電性が良好であり、かつ基材との密着性が良好な金属銅膜の提供を目的として、ギ酸及びギ酸銅からなる群より選択される少なくとも1種、酸化銅粒子、及び溶媒を含有する液状組成物が記載されている。
特許文献2では、比較的低温で酸化銀を銀に還元すると同時に、銀膜や銀画像、あるいは絶縁層を有する基板の層間接続を得るのに好適な銀を作製する方法の提供を目的として、少なくとも酸化銀とポリオキシアルキレン基付加のアルキルエーテルカルボン酸銀塩より成る混合物を、熱により酸化銀を銀に還元する、銀の作製方法が記載されている。
特許文献3では、焼成後の導電性電極の体積抵抗率を悪化させずに焼成後の導電性電極とシリコン基板との密着性を向上させた導電性電極付き太陽電池セル基材及びその製造方法の提供を目的として、酸化銀と、沸点が200℃以上の有機溶媒とを含有し、組成物中少なくとも50質量%以上が該酸化銀である導電性組成物を、シリコン基板上に塗布又は印刷して塗膜を形成し、該塗膜を500~850℃で焼成してシリコン基板上に導電性電極を形成して製造される、導電性電極付き太陽電池セル基材が記載されている。
特開2013-206722号公報 特開2005-232499号公報 特開2011-35061号公報
近年、省エネルギー化、省電力化への意識の高まりから、電力を制御又は交換するために用いられるパワー半導体デバイスの需要が高まっている。
パワー半導体デバイスの接合は、デバイス機能の品質と信頼性を左右するが、パワー半導体デバイス向けに従来のはんだ接合に代えて、金属ナノ粒子の焼結を利用した高融点の金属接合剤として金属ペーストの検討が進められている。
しかしながら、パワー半導体デバイスは使用時に過酷な温度変化にさらされるため、用いられる金属ペーストは、体積抵抗率が低く、かつ温度変化による体積抵抗率の変動が小さい金属膜を形成できることが求められる。
また、ディスプレイやセンサー等の情報通信端末機器の利便性の向上、省エネルギー化の促進からフレキシブルデバイスの開発が進められているが、フレキシブルなプリント基板を用いるフレキシブルデバイスにおいては、金属ペーストから形成される金属膜の耐屈曲性の向上も求められている。
しかしながら、特許文献1~3の技術では、体積抵抗率が十分に低くなく、また、温度変化による体積抵抗率の変動の低減及び耐屈曲性が十分でないことが判明した。
そのため、金属ペーストから形成される金属膜の体積抵抗率の低減、温度変化による体積抵抗率の変動の低減及び耐屈曲性の更なる改善が求められている。
本発明は、体積抵抗率が低く、温度変化による体積抵抗率の変動が小さく、かつ耐屈曲性に優れる金属膜を形成することができる金属ペースト、及び該金属ペーストを用いる金属膜の製造方法を提供することを課題とする。
本発明者らは、金属酸化物、カルボン酸金属塩、カルボキシ基を有するポリマー、及びポリオールを含有し、該金属酸化物及び該カルボン酸金属塩の合計含有量を特定の範囲とすることにより、上記課題を解決し得ることを見出した。
すなわち、本発明は、次の[1]及び[2]を提供する。
[1]金属酸化物A、カルボン酸金属塩B、カルボキシ基を有するポリマーC、及びポリオールDを含有し、
金属酸化物A及びカルボン酸金属塩Bの合計含有量が55質量%以上である、金属ペースト。
[2]前記[1]に記載の金属ペーストを基材上に塗布し、加熱して金属膜を形成する工程を含む、金属膜の製造方法。
本発明によれば、体積抵抗率が低く、温度変化による体積抵抗率の変動が小さく、かつ耐屈曲性に優れる金属膜を形成することができる金属ペースト、及び該金属ペーストを用いる金属膜の製造方法を提供することができる。
[金属ペースト]
本発明の金属ペーストは、金属酸化物A、カルボン酸金属塩B、カルボキシ基を有するポリマーC、及びポリオールDを含有し、金属酸化物A及びカルボン酸金属塩Bの合計含有量が55質量%以上である。
本発明によれば、体積抵抗率が低く、温度変化による体積抵抗率の変動が小さく、かつ耐屈曲性に優れる金属膜を形成することができる。その理由は定かではないが、以下のように考えられる。
本発明の金属ペーストは、金属酸化物、カルボン酸金属塩、カルボキシ基を有するポリマー、及びポリオールを含有し、該金属酸化物及びカルボン酸金属塩の合計含有量が特定の範囲である。そのため、カルボン酸金属塩により金属酸化物の還元反応が促進され、低温かつ高速で微細な金属ナノ粒子が生成する。該金属酸化物及びカルボン酸金属塩の合計含有量が特定量以上であっても、カルボキシ基を有するポリマーにより該金属ナノ粒子が凝集することなくそのまま焼結する。該金属酸化物及びカルボン酸金属塩を特定量以上含有するために焼結後の金属膜内の空隙及び結晶面の乱れ等が少なく、表面平滑性が高い金属膜を形成することができ、その結果、体積抵抗率が低く、温度変化による体積抵抗率の変動を低減することができ、厳しい屈曲においてもしなやかに曲がり、耐屈曲性が向上すると考えられる。
<金属酸化物A>
本発明の金属ペーストは、体積抵抗率を低減する観点、温度変化による体積抵抗率の変動を低減する観点、及び耐屈曲性を向上させる観点から、金属酸化物Aを含有する。
金属酸化物Aを構成する金属(金属原子)は、チタン、ジルコニウム等の第4族の遷移金属、バナジウム、ニオブ等の第5族の遷移金属、クロム、モリブデン、タングステン等の第6族の遷移金属、マンガン、テクネチウム、レニウム等の第7族の遷移金属、鉄、ルテニウム等の第8族の遷移金属、コバルト、ロジウム、イリジウム等の第9族の遷移金属、ニッケル、パラジウム、白金等の第10族の遷移金属、銅、銀、金等の第11族の遷移金属、亜鉛、カドミウム等の第12族の遷移金属、アルミニウム、ガリウム、インジウム等の第13族の金属、ゲルマニウム、スズ、鉛等の第14族の金属などが挙げられる。金属酸化物Aを構成する金属は、1種を単独金属として用いてもよく、2種以上を併用して合金として用いてもよい。中でも、前記と同様の観点から、金属酸化物Aを構成する金属は、好ましくは第4族~第11族で第4周期~第6周期の遷移金属を含み、より好ましくは銅や金、銀、白金、パラジウム等の貴金属を含み、更に好ましくは金、銀、銅及びパラジウムから選ばれる1種以上を含み、より更に好ましくは金、銀及び銅から選ばれる1種以上を含み、より更に好ましくは銀及び銅から選ばれる少なくとも1種を含み、より更に好ましくは銀を含み、より更に好ましくは銀である。金属の種類は、高周波誘導結合プラズマ発光分析法により確認することができる。
金属酸化物A中の酸化金、酸化銀、酸化銅及び酸化パラジウムの合計含有量は、体積抵抗率を低減する観点、温度変化による体積抵抗率の変動を低減する観点、及び耐屈曲性を向上させる観点から、好ましくは80質量%以上、より好ましくは90質量%以上、さらに好ましくは95質量%以上、より更に好ましくは98質量%以上、より更に好ましくは実質的に100質量%である。
金属酸化物A中の酸化銀及び酸化銅の合計含有量は、体積抵抗率を低減する観点、温度変化による体積抵抗率の変動を低減する観点、及び耐屈曲性を向上させる観点から、好ましくは80質量%以上、より好ましくは90質量%以上、更に好ましくは95質量%以上、より更に好ましくは98質量%以上、より更に好ましくは実質的に100質量%である。
金属酸化物A中の酸化銀の含有量は、体積抵抗率を低減する観点、温度変化による体積抵抗率の変動を低減する観点、及び耐屈曲性を向上させる観点から、好ましくは80質量%以上、より好ましくは90質量%以上、更に好ましくは95質量%以上、より更に好ましくは98質量%以上、より更に好ましくは実質的に100質量%である。
ここで「実質的100質量%」とは、意図せずに含まれる成分を含みうることを意味する。意図せずに含まれる成分としては、例えば、不可避的不純物が挙げられる。
<カルボン酸金属塩B>
本発明の金属ペーストは、体積抵抗率を低減する観点、温度変化による体積抵抗率の変動を低減する観点、及び耐屈曲性を向上させる観点から、カルボン酸金属塩Bを含有する。カルボン酸金属塩Bは、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
カルボン酸金属塩Bを構成する金属としては、前述の金属酸化物Aを構成する金属として例示したものが挙げられる。カルボン酸金属塩Bを構成する金属は、1種を単独金属として用いてもよく、2種以上を併用して合金として用いてもよい。中でも、前記と同様の観点から、カルボン酸金属塩Bを構成する金属は、好ましくは第4族~第11族で第4周期~第6周期の遷移金属を含み、より好ましくは銅や金、銀、白金、パラジウム等の貴金属を含み、更に好ましくは金、銀、銅及びパラジウムから選ばれる1種以上を含み、より更に好ましくは金、銀及び銅から選ばれる1種以上を含み、より更に好ましくは銀及び銅から選ばれる少なくとも1種を含み、より更に好ましくは銀を含み、より更に好ましくは銀である。金属の種類は、高周波誘導結合プラズマ発光分析法により確認することができる。
カルボン酸金属塩Bを構成する金属は、体積抵抗率を低減する観点、及び耐屈曲性を向上させる観点から、金属酸化物Aを構成する金属と同じであることが好ましい。
カルボン酸金属塩Bを構成するカルボン酸としては、例えば、飽和又は不飽和の、直鎖又は分岐鎖の脂肪族カルボン酸;脂環式カルボン酸;芳香族カルボン酸が挙げられる。具体的には、ギ酸、酢酸、トリフルオロ酢酸、プロパン酸(プロピオン酸)、ブタン酸(酪酸)、イソブタン酸(イソ酪酸)、ペンタン酸(吉草酸)、イソペンタン酸(イソ吉草酸)、ピバリン酸、ヘキサン酸(カプロン酸)、ヘプタン酸、オクタン酸(カプリル酸)、2-エチルヘキサン酸、ノナン酸、デカン酸、ネオデカン酸、ウンデカン酸、ドデカン酸(ラウリン酸)、トリデカン酸、テトラデカン酸(ミリスチン酸)、ペンタデカン酸、ヘキサデカン酸(パルミチン酸)、ヘプタデカン酸(マルガリン酸)、オクタデカン酸(ステアリン酸)等の飽和脂肪族カルボン酸;オレイン酸、リノール酸、リノレン酸等の不飽和脂肪族カルボン酸;シクロヘキサンカルボン酸等の脂環式カルボン酸;安息香酸等の芳香族カルボン酸等のモノカルボン酸;シュウ酸、コハク酸、マロン酸、グルタル酸、アジピン酸等のジカルボン酸などが挙げられる。
カルボン酸金属塩Bは、体積抵抗率を低減する観点、温度変化による体積抵抗率の変動を低減する観点、及び耐屈曲性を向上させる観点から、好ましくは炭素数1以上18以下のカルボン酸の金属塩を含み、より好ましくは炭素数1以上12以下のカルボン酸の金属塩を含み、更に好ましくは炭素数1以上12以下のカルボン酸の金、銀、銅及びパラジウムから選ばれる1種以上の金属塩を含み、より更に好ましくは炭素数1以上12以下のカルボン酸の金、銀及び銅から選ばれる1種以上の金属塩を含み、より更に好ましくは炭素数1以上12以下のカルボン酸の銀及び銅から選ばれる少なくとも1種の金属塩を含み、より更に好ましくは炭素数1以上12以下のカルボン酸の銀塩を含む。また、カルボン酸金属塩Bは、同様の観点から、好ましくはギ酸銀、酢酸銀、プロピオン酸銀、シュウ酸銀、ラウリン酸銀、ギ酸銅、酢酸銅、プロピオン酸銅、シュウ酸銅、及びラウリン酸銅から選ばれる1種以上を含み、より好ましくはギ酸銀、酢酸銀、プロピオン酸銀、シュウ酸銀、ギ酸銅、酢酸銅、プロピオン酸銅、及びシュウ酸銅から選ばれる1種以上を含み、更に好ましくはギ酸銀、酢酸銀、プロピオン酸銀、ギ酸銅、酢酸銅、及びプロピオン酸銅から選ばれる1種以上を含み、より更に好ましくはギ酸銀、酢酸銀、ギ酸銅及び酢酸銅から選ばれる1種以上を含み、より更に好ましくはギ酸銀及びギ酸銅から選ばれる1種以上を含み、より更に好ましくはギ酸銀を含み、より更に好ましくはギ酸銀である。
カルボン酸金属塩Bは、その製造について特に制限されず、例えば、カルボン酸金属塩Bを構成するカルボン酸と、カルボン酸金属塩Bを構成する金属の酸化物とを反応させる製造方法により得ることができる。
カルボン酸金属塩B中の炭素数1以上12以下のカルボン酸の金属塩の合計含有量は、体積抵抗率を低減する観点、温度変化による体積抵抗率の変動を低減する観点、及び耐屈曲性を向上させる観点から、好ましくは80質量%以上、より好ましくは90質量%以上、更に好ましくは95質量%以上、より更に好ましくは98質量%以上、より更に好ましくは実質的に100質量%である。
カルボン酸金属塩B中の炭素数1以上12以下のカルボン酸銀及びカルボン酸銅の合計含有量は、体積抵抗率を低減する観点、温度変化による体積抵抗率の変動を低減する観点、及び耐屈曲性を向上させる観点から、好ましくは80質量%以上、より好ましくは90質量%以上、更に好ましくは95質量%以上、より更に好ましくは98質量%以上、より更に好ましくは実質的に100質量%である。
カルボン酸金属塩B中のギ酸銀、酢酸銀、プロピオン酸銀、シュウ酸銀、ラウリン酸銀、ギ酸銅、酢酸銅、プロピオン酸銅、シュウ酸銅、及びラウリン酸銅の合計含有量は、体積抵抗率を低減する観点、温度変化による体積抵抗率の変動を低減する観点、及び耐屈曲性を向上させる観点から、好ましくは80質量%以上、より好ましくは90質量%以上、更に好ましくは95質量%以上、より更に好ましくは98質量%以上、より更に好ましくは実質的に100質量%である。
カルボン酸金属塩B中のギ酸銀、酢酸銀、ギ酸銅及び酢酸銅の合計含有量は、体積抵抗率を低減する観点、温度変化による体積抵抗率の変動を低減する観点、及び耐屈曲性を向上させる観点から、好ましくは80質量%以上、より好ましくは90質量%以上、更に好ましくは95質量%以上、より更に好ましくは98質量%以上、より更に好ましくは実質的に100質量%である。
カルボン酸金属塩B中のギ酸銀及びギ酸銅の合計含有量は、体積抵抗率を低減する観点、温度変化による体積抵抗率の変動を低減する観点、及び耐屈曲性を向上させる観点から、好ましくは80質量%以上、より好ましくは90質量%以上、更に好ましくは95質量%以上、より更に好ましくは98質量%以上、より更に好ましくは実質的に100質量%である。
ここで「実質的100質量%」とは、意図せずに含まれる成分を含みうることを意味する。意図せずに含まれる成分としては、例えば、原料である上記カルボン酸中に含まれる上記カルボン酸以外のカルボン酸金属塩を含みうることを意味する。
<カルボキシ基を有するポリマーC>
本発明の金属ペーストは、体積抵抗率を低減する観点、温度変化による体積抵抗率の変動を低減する観点、及び耐屈曲性を向上させる観点から、カルボキシ基を有するポリマーCを含有する。
ポリマーCは、微細な金属ナノ粒子を形成し、体積抵抗率を低減する観点、及び耐屈曲性をより向上させる観点から、更にポリオキシアルキレン基を有するものが好ましい。
ポリマーCの基本構造としては、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、スチレン-アクリル系樹脂、アクリルシリコーン系樹脂等のビニル系ポリマー;ポリエステル、ポリウレタン等の縮合系ポリマー等が挙げられるが、前記と同様の観点から、ビニル系ポリマーが好ましい。
ポリマーCは、温度変化による体積抵抗率の変動を低減する観点、及び耐屈曲性を向上させる観点から、好ましくはカルボキシ基を有するモノマー(c-1)由来の構成単位を含むビニル系ポリマーであり、より好ましくはカルボキシ基を有するモノマー(c-1)由来の構成単位とポリオキシアルキレン基を有するモノマー(c-2)由来の構成単位とを含むビニル系ポリマーである。ポリマーCは、好ましくはモノマー(c-1)を含む原料モノマー、より好ましくはモノマー(c-1)及びモノマー(c-2)を含む原料モノマーを重合させて得ることができる。ポリマーCが共重合体である場合、該ポリマーCは、ブロック共重合体、ランダム共重合体、交互共重合体のいずれでもよい。
〔カルボキシ基を有するモノマー(c-1)〕
モノマー(c-1)としては、(メタ)アクリル酸、クロトン酸、2-メタクリロイルオキシメチルコハク酸等の不飽和モノカルボン酸;マレイン酸、イタコン酸、フマル酸、シトラコン酸等の不飽和ジカルボン酸などが挙げられる。なお、前記不飽和ジカルボン酸は無水物であってもよい。
モノマー(c-1)は、1種を単独で又は2種以上を併用して用いてもよい。
モノマー(c-1)は、体積抵抗率を低減する観点、温度変化による体積抵抗率の変動を低減する観点、及び耐屈曲性を向上させる観点から、好ましくは(メタ)アクリル酸及びマレイン酸から選ばれる少なくとも1種であり、より好ましくは(メタ)アクリル酸である。
本明細書において、「(メタ)アクリル酸」とは、アクリル酸及びメタクリル酸から選ばれる少なくとも1種を意味する。以下における「(メタ)アクリル酸」も同義である。
ポリマーCとして用いるカルボキシ基を有するモノマー(c-1)由来の構成単位を含むビニル系ポリマーは、好ましくはカルボキシ基を有するモノマー(c-1)の単独重合体、及びカルボキシ基を有するモノマー(c-1)由来の構成単位を含む共重合体から選ばれる1種以上である。
カルボキシ基を有するモノマー(c-1)の単独重合体としては、体積抵抗率を低減する観点、温度変化による体積抵抗率の変動を低減する観点、及び耐屈曲性を向上させる観点から、好ましくはポリ(メタ)アクリル酸、ポリ(無水)マレイン酸等のポリカルボン酸が挙げられる。これらの中でも、前記と同様の観点から、好ましくはポリ(メタ)アクリル酸である。
カルボキシ基を有するモノマー(c-1)由来の構成単位を含む共重合体としては、体積抵抗率を低減する観点、温度変化による体積抵抗率の変動を低減する観点、及び耐屈曲性を向上させる観点から、好ましくはカルボキシ基を有するモノマー(c-1)由来の構成単位及びポリオキシアルキレン基を有するモノマー(c-2)由来の構成単位を含むビニル系ポリマーが挙げられる。この場合、前記ビニル系ポリマーは、モノマー(c-1)及びモノマー(c-2)を含む原料モノマーを共重合させて得ることができる。前記ビニル系ポリマーは、ブロック共重合体、ランダム共重合体、交互共重合体のいずれでもよい。
〔ポリオキシアルキレン基を有するモノマー(c-2)〕
モノマー(c-2)は、微細な金属ナノ粒子を形成し、体積抵抗率を低減する観点、及び耐屈曲性を向上させる観点から、前記ビニル系ポリマーの側鎖としてポリオキシアルキレン基を導入することできるモノマーが好ましい。該モノマー(c-2)としては、ポリアルキレングリコール(メタ)アクリレート、アルコキシポリアルキレングリコール(メタ)アクリレート、フェノキシポリアルキレングリコール(メタ)アクリレート等が挙げられる。モノマー(c-2)は、1種を単独で又は2種以上を併用して用いてもよい。
また、本明細書において、「(メタ)アクリレート」とはアクリレート及びメタクリレートから選ばれる少なくとも1種である。以下における「(メタ)アクリレート」も同義である。
モノマー(c-2)は、微細な金属ナノ粒子を形成し、体積抵抗率を低減する観点、及び耐屈曲性を向上させる観点から、好ましくは、ポリアルキレングリコール(メタ)アクリレート及びアルコキシポリアルキレングリコール(メタ)アクリレートから選ばれる少なくとも1種であり、より好ましくはアルコキシポリアルキレングリコール(メタ)アクリレートである。該アルコキシポリアルキレングリコール(メタ)アクリレートのアルコキシ基の炭素数は、前記と同様の観点から、好ましくは1以上8以下、より好ましくは1以上4以下である。
該アルコキシポリアルキレングリコール(メタ)アクリレートとしては、メトキシポリアルキレングリコール(メタ)アクリレート、エトキシポリアルキレングリコール(メタ)アクリレート、プロポキシポリアルキレングリコール(メタ)アクリレート、ブトキシポリアルキレングリコール(メタ)アクリレート、オクトキシポリアルキレングリコール(メタ)アクリレート等が挙げられる。
モノマー(c-2)のポリオキシアルキレン基は、微細な金属ナノ粒子を形成し、体積抵抗率を低減する観点、及び耐屈曲性を向上させる観点から、好ましくは炭素数2以上4以下のアルキレンオキシド由来の単位を含む。前記アルキレンオキシドとしては、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド等が挙げられ、好ましくはエチレンオキシドである。
前記ポリオキシアルキレン基中のアルキレンオキシド由来の単位数は、微細な金属ナノ粒子を形成し、体積抵抗率を低減する観点、及び耐屈曲性を向上させる観点から、好ましくは2以上、より好ましくは5以上、更に好ましくは10以上、より更に好ましくは15以上であり、そして、好ましくは100以下、より好ましくは70以下、更に好ましくは50以下、より更に好ましくは40以下、より更に好ましくは30以下、より更に好ましくは25以下である。
前記ポリオキシアルキレン基は、エチレンオキシド由来の単位とプロピレンオキシド由来の単位を含む共重合体であってもよい。エチレンオキシド由来の単位(EO)とプロピレンオキシド由来の単位(PO)とのモル比[EO/PO]は、微細な金属ナノ粒子を形成し、体積抵抗率を低減する観点、及び耐屈曲性を向上させる観点から、好ましくは60/40以上、より好ましくは65/35以上、更に好ましくは70/30以上であり、そして、好ましくは90/10以下、より好ましくは85/15以下、更に好ましくは80/20以下である。
エチレンオキシド由来の単位とプロピレンオキシド由来の単位を含む共重合体は、ブロック共重合体、ランダム共重合体、交互共重合体のいずれであってもよい。
商業的に入手しうるモノマー(c-2)の具体例としては、新中村化学工業株式会社製のNKエステルAM-90G、同AM-130G、同AMP-20GY、NKエステルM-20G、同40G、同90G、同230G等、日油株式会社製のブレンマーPE-90、同200、同350等、ブレンマーPME-100、同200、同400、同1000、同4000等、ブレンマーPP-500、同800、同1000等、ブレンマーAP-150、同400、同550等、ブレンマー50PEP-300、同50POEP-800B、同43PAPE-600B等が挙げられる。
ポリマーCは、本発明の効果を損なわない範囲において、カルボキシ基を有するモノマー(c-1)及びポリオキシアルキレン基を有するモノマー(c-2)以外の他のモノマー由来の構成単位を含有してもよい。
他のモノマーとしては、芳香族基含有モノマー;脂肪族アルコール由来の炭化水素基を有する(メタ)アクリレート等の疎水性モノマーが挙げられる。
本明細書において「疎水性モノマー」とは、モノマーを25℃のイオン交換水100gへ飽和するまで溶解させたときに、その溶解量が10g未満であることをいう。
芳香族基含有モノマーは、好ましくは、ヘテロ原子を含む置換基を有していてもよい、炭素数6以上22以下の芳香族基を有するビニルモノマーであり、より好ましくは、スチレン系モノマー及び芳香族基含有(メタ)アクリレートから選ばれる少なくとも1種である。芳香族基含有モノマーの分子量は、500未満が好ましい。
スチレン系モノマーとしては、スチレン、α-メチルスチレン、2-メチルスチレン、4-ビニルトルエン(4-メチルスチレン)、ジビニルベンゼン等が挙げられるが、微細な金属ナノ粒子を形成し、体積抵抗率を低減する観点、及び耐屈曲性を向上させる観点から、スチレン、α-メチルスチレンが好ましい。
芳香族基含有(メタ)アクリレートとしては、フェニル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート等が好ましく、ベンジル(メタ)アクリレートがより好ましい。
脂肪族アルコール由来の炭化水素基を有する(メタ)アクリレートは、微細な金属ナノ粒子を形成し、体積抵抗率を低減する観点、及び耐屈曲性を向上させる観点から、好ましくは炭素数1以上22以下の脂肪族アルコール由来の炭化水素基を有するものであり、例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、ペンチル(メタ)アクリレート、オクチル(メタ)アクリレート、デシル(メタ)アクリレート、ドデシル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート等の直鎖アルキル基を有する(メタ)アクリレート;イソプロピル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、tert-ブチル(メタ)アクリレート、イソペンチル(メタ)アクリレート、イソオクチル(メタ)アクリレート、イソデシル(メタ)アクリレート、イソドデシル(メタ)アクリレート、イソステアリル(メタ)アクリレート、2-エチルヘキシル(メタ)アクリレート等の分岐鎖アルキル基を有する(メタ)アクリレート;シクロヘキシル(メタ)アクリレート等の脂環式アルキル基を有する(メタ)アクリレートが挙げられる。
ポリマーCが、モノマー(c-1)由来の構成単位とモノマー(c-2)由来の構成単位を含む場合、ポリマーC製造時における、各モノマーの原料モノマー中における含有量(未中和量としての含有量。以下同じ)又はポリマーC中における各モノマー由来の構成単位の含有量は、温度変化による体積抵抗率の変動を低減する観点、及び耐屈曲性を向上させる観点から、次のとおりである。
モノマー(c-1)の含有量は、好ましくは1質量%以上、より好ましくは1.5質量%以上、更に好ましくは2質量%以上、より更に好ましくは2.5質量%以上であり、そして、好ましくは50質量%以下、より好ましくは30質量%以下、更に好ましくは10質量%以下、より更に好ましくは5質量%以下である。
モノマー(c-2)の含有量は、好ましくは50質量%以上、より好ましくは70質量%以上、更に好ましくは90質量%以上、より更に好ましくは95質量%以上であり、そして、好ましくは99質量%以下、より好ましくは98.5質量%以下、更に好ましくは98質量%以下、より更に好ましくは97.5質量%以下である。
モノマー(c-1)とモノマー(c-2)の含有質量比〔モノマー(c-1)/モノマー(c-2)〕は、好ましくは0.01以上、より好ましくは0.02以上、更に好ましくは0.03以上であり、そして、好ましくは1以下、より好ましくは0.5以下、更に好ましくは0.1以下、より更に好ましくは0.07以下、より更に好ましくは0.05以下である。
ポリマーCがモノマー(c-1)由来の構成単位とモノマー(c-2)由来の構成単位とを含む場合、モノマー(c-1)由来の構成単位及びモノマー(c-2)由来の構成単位の合計含有量は、前記と同様の観点から、好ましくは60質量%以上、より好ましくは70質量%以上、更に好ましくは80質量%以上、より更に好ましくは90質量%以上、より更に好ましくは95質量%以上、より更に好ましくは98質量%以上であり、そして、好ましくは100質量%以下である。
ポリマーCは、前記と同様の観点から、モノマー(c-1)として(メタ)アクリル酸及びマレイン酸から選ばれる少なくとも1種のモノマー由来の構成単位を含むことが好ましく、モノマー(c-1)として(メタ)アクリル酸及びマレイン酸から選ばれる少なくとも1種のモノマー由来の構成単位、並びにモノマー(c-2)としてアルコキシポリアルキレングリコール(メタ)アクリレート由来の構成単位を含むことがより好ましい。
ポリマーC中の(メタ)アクリル酸及びマレイン酸から選ばれる少なくとも1種のモノマー由来の構成単位、並びにアルコキシポリアルキレングリコール(メタ)アクリレート由来の構成単位の合計含有量は、温度変化による体積抵抗率の変動を低減する観点、及び耐屈曲性を向上させる観点から、好ましくは80質量%以上、より好ましくは90質量%以上、更に好ましくは95質量%以上、より更に好ましくは98質量%以上、より更に好ましくは実質的に100質量%である。
ここで「実質的100質量%」とは、意図せずに含まれる成分を含みうることを意味する。意図せずに含まれる成分としては、例えば、原料である上記モノマーや上記(メタ)アクリレート中に含まれる上記モノマーや上記(メタ)アクリレート以外の成分由来の構成単位を含みうることを意味する。
ポリマーCは、公知の方法で合成したものを用いてよく、市販品を用いてもよい。ポリマーCの市販品としては、BYK社製のDISPERBYK-190、同2015等が挙げられる。
ポリマーCが前記ポリカルボン酸、又は、モノマー(c-1)として(メタ)アクリル酸及びマレイン酸から選ばれる少なくとも1種のモノマー由来の構成単位、並びにモノマー(c-2)としてアルコキシポリアルキレングリコール(メタ)アクリレート由来の構成単位を含むビニル系ポリマーである場合、該ポリカルボン酸及び該ビニル系ポリマーの数平均分子量Mnは、微細な金属ナノ粒子を形成し、体積抵抗率を低減する観点、及び耐屈曲性を向上させる観点から、好ましくは1,000以上、より好ましくは2,000以上、更に好ましくは3,000以上であり、そして、好ましくは100,000以下、より好ましくは50,000以下、更に好ましくは30,000以下、より更に好ましくは10,000以下、より更に好ましくは7,000以下である。前記数平均分子量Mnは、実施例に記載の方法により測定される。
ポリマーCが前記ポリカルボン酸、又は、モノマー(c-1)として(メタ)アクリル酸及びマレイン酸から選ばれる少なくとも1種のモノマー由来の構成単位、並びにモノマー(c-2)としてアルコキシポリアルキレングリコール(メタ)アクリレート由来の構成単位を含むビニル系ポリマーである場合、該ポリカルボン酸及び該ビニル系ポリマーの酸価は、微細な金属ナノ粒子を形成し、体積抵抗率を低減する観点、及び耐屈曲性を向上させる観点から、好ましくは5mgKOH/g以上、より好ましくは10mgKOH/g以上、更に好ましくは15mgKOH/g以上であり、そして、好ましくは800mgKOH/g以下、より好ましくは400mgKOH/g以下、更に好ましくは200mgKOH/g以下、より更に好ましくは100mgKOH/g以下、より更に好ましくは70mgKOH/g以下、より更に好ましくは50mgKOH/g以下、より更に好ましくは30mgKOH/g以下である。
ポリマーCの酸価は、構成するモノマーの質量比から算出することもできる。また、適当な溶剤にポリマーを溶解又は膨潤させて滴定する方法でも求めることができる。
<ポリオールD>
本発明の金属ペーストは、微細な金属ナノ粒子を形成し、体積抵抗率を低減する観点、温度変化による体積抵抗率の変動を低減する観点、及び耐屈曲性を向上させる観点から、ポリオールDを含有する。
ポリオールDは、1分子中に2つ以上のアルコール性水酸基を有する化合物であれば特に制限はない。ポリオールDとしては、エチレングリコール(沸点197℃)、プロピレングリコール(1,2-プロパンジオール)(沸点188℃)、1,2-ブタンジオール(沸点193℃)、1,2-ペンタンジオール(沸点206℃)、1,2-ヘキサンジオール(沸点223℃)等の1,2-アルカンジオール;ジエチレングリコール(沸点245℃)、トリエチレングリコール(沸点287℃)、テトラエチレングリコール(沸点314℃)、ポリエチレングリコール、ジプロピレングリコール(沸点232℃)、トリプロピレングリコール(沸点271℃)等のポリアルキレングリコール;1,3-プロパンジオール(沸点210℃)、1,4-ブタンジオール(沸点230℃)、1,5-ペンタンジオール(沸点242℃)等のα,ω-アルカンジオール;1,3-ブタンジオール(沸点208℃)、3-メチル-1,3-ブタンジオール(沸点203℃)、2-メチル-2,4-ペンタンジオール(沸点196℃)等のジオール;グリセリン等のトリオールなどが挙げられる。ポリオールDは、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
ポリオールDの沸点は、微細な金属ナノ粒子を形成し、体積抵抗率を低減する観点、温度変化による体積抵抗率の変動を低減する観点、及び耐屈曲性を向上させる観点から、好ましくは70℃以上、より好ましくは90℃以上、更に好ましくは110℃以上、より更に好ましくは130℃以上、より更に好ましくは150℃以上であり、そして、好ましくは300℃以下、より好ましくは250℃以下、更に好ましくは230℃以下、より更に好ましくは200℃以下である。なお、ポリオールDとして2種以上を併用する場合には、該ポリオールDの沸点は、各ポリオールの含有量(質量%)で重み付けした加重平均値である。
ポリオールDは、微細な金属ナノ粒子を形成し、体積抵抗率を低減する観点、温度変化による体積抵抗率の変動を低減する観点、及び耐屈曲性を向上させる観点から、好ましくはジオール及びトリオールから選ばれる少なくとも1種を含み、より好ましくはジオール及びグリセリンから選ばれる少なくとも1種を含み、更に好ましくは1,2-アルカンジオール、ポリアルキレングリコール、α,ω-アルカンジオール、及びグリセリンから選ばれる少なくとも1種を含み、更に好ましくは1,2-アルカンジオール、α,ω-アルカンジオール、及びグリセリンから選ばれる少なくとも1種を含み、より更に好ましくは1,2-アルカンジオールを含む(以下、これらを総称して(D-1)成分という)。また、ポリオールDは、前記と同様の観点から、好ましくはエチレングリコール、プロピレングリコール及びグリセリンから選ばれる少なくとも1種を含み、より更に好ましくはプロピレングリコール及びエチレングリコールから選ばれる少なくとも1種を含み、より更に好ましくはプロピレングリコールを含む(以下、これらを総称して(D-2)成分という)。
ポリオールD中の(D-1)成分又は(D-2)成分の合計の含有量は、体積抵抗率を低減する観点、温度変化による体積抵抗率の変動を低減する観点、及び耐屈曲性を向上させる観点から、好ましくは80質量%以上、より好ましくは90質量%以上、更に好ましくは95質量%以上、より更に好ましくは98質量%以上、より更に好ましくは実質的に100質量%である。ここで「実質的100質量%」とは、意図せずに含まれる成分を含みうることを意味する。意図せずに含まれる成分としては、例えば、原料である上記ポリオール中に含まれる上記(D-1)成分及び(D-2)成分以外のポリオールD成分が挙げられる。
ポリオールD中のジオール及びグリセリンの合計含有量は、体積抵抗率を低減する観点、温度変化による体積抵抗率の変動を低減する観点、及び耐屈曲性を向上させる観点から、好ましくは80質量%以上、より好ましくは90質量%以上、更に好ましくは95質量%以上、より更に好ましくは98質量%以上、より更に好ましくは実質的に100質量%である。ここで「実質的100質量%」とは、意図せずに含まれる成分を含みうることを意味する。意図せずに含まれる成分としては、例えば、原料である上記ポリオール中に含まれる上記ジオール及びグリセリン以外のポリオールD成分が挙げられる。
本発明の金属ペーストは、本発明の効果を阻害しない範囲で、前記成分以外の他の成分として、各種添加剤を含んでもよい。該添加剤としては、界面活性剤、消泡剤、フィラー等が挙げられる。
本発明の金属ペーストは、金属酸化物A、カルボン酸金属塩B、ポリマーC、及びポリオールDを公知の方法で混合することにより製造することができる。混合順序に特に制限はない。本発明の金属ペーストの各成分の含有量は、以下のとおりである。
本発明の金属ペースト中の金属酸化物Aの含有量は、体積抵抗率を低減する観点、温度変化による体積抵抗率の変動を低減する観点、及び耐屈曲性を向上させる観点から、好ましくは10質量%以上、より好ましくは20質量%以上、更に好ましくは30質量%以上、より更に好ましくは35質量%以上、より更に好ましくは40質量%以上であり、そして、金属ペーストの生産性及び取り扱い性の観点から、好ましくは90質量%以下、より好ましくは80質量%以下、更に好ましくは70質量%以下、より更に好ましくは60質量%以下、より更に好ましくは50質量%以下である。
本発明の金属ペースト中のカルボン酸金属塩Bの含有量は、体積抵抗率を低減する観点、温度変化による体積抵抗率の変動を低減する観点、及び耐屈曲性を向上させる観点から、好ましくは5質量%以上、より好ましくは10質量%以上、更に好ましくは20質量%以上、より更に好ましくは30質量%以上、より更に好ましくは40質量%以上であり、そして、金属ペーストの生産性及び取り扱い性の観点から、好ましくは80質量%以下、より好ましくは70質量%以下、更に好ましくは60質量%以下、より更に好ましくは55質量%以下、より更に好ましくは50質量%以下である。
本発明の金属ペースト中の金属酸化物A及びカルボン酸金属塩Bの合計含有量は、体積抵抗率を低減する観点、温度変化による体積抵抗率の変動を低減する観点、及び耐屈曲性を向上させる観点から、55質量%以上であり、好ましくは60質量%以上、より好ましくは65質量%以上、更に好ましくは70質量%以上、より更に好ましくは75質量%以上、より更に好ましくは80質量%以上であり、そして、金属ペーストの生産性及び取り扱い性の観点から、好ましくは95質量%以下、より好ましくは93質量%以下、更に好ましくは90質量%以下である。
本発明の金属ペースト中のカルボン酸金属塩Bの金属酸化物Aに対する含有質量比(カルボン酸金属塩B/金属酸化物A)は、金属酸化物の還元反応を促進し、体積抵抗率を低減する観点、温度変化による体積抵抗率の変動を低減する観点、及び耐屈曲性を向上させる観点から、好ましくは0.1以上、より好ましくは0.2以上、更に好ましくは0.4以上、より更に好ましくは0.6以上、より更に好ましくは0.8以上であり、そして、形成される金属膜内の空隙や結晶面の乱れを抑制し、体積抵抗率を低減する観点、温度変化による体積抵抗率の変動を低減する観点、及び耐屈曲性を向上させる観点から、好ましくは3.0以下、より好ましくは2.5以下、更に好ましくは2.0以下、より更に好ましくは1.7以下、より更に好ましくは1.5以下、より更に好ましくは1.3以下である。
本発明の金属ペースト中のポリマーCの含有量は、微細な金属ナノ粒子を形成し、金属膜内の空隙や結晶面の乱れを抑制し、体積抵抗率を低減する観点、温度変化による体積抵抗率の変動を低減する観点、及び耐屈曲性を向上させる観点から、好ましくは0.5質量%以上、より好ましくは1質量%以上、更に好ましくは1.5質量%以上であり、そして、好ましくは10質量%以下、より好ましくは7質量%以下、更に好ましくは5質量%以下、より更に好ましくは3質量%以下である。
本発明の金属ペースト中のポリマーCの金属酸化物A及びカルボン酸金属塩Bの合計量に対する含有質量比(ポリマーC/〔金属酸化物A+カルボン酸金属塩B〕)は、微細な金属ナノ粒子を形成し、金属膜内の空隙や結晶面の乱れを抑制し、体積抵抗率を低減する観点、温度変化による体積抵抗率の変動を低減する観点、及び耐屈曲性を向上させる観点から、好ましくは0.005以上、より好ましくは0.010以上、更に好ましくは0.015以上であり、そして、好ましくは0.15以下、より好ましくは0.10以下、更に好ましくは0.07以下、より更に好ましくは0.05以下である。
本発明の金属ペースト中のポリオールDの含有量は、微細な金属ナノ粒子を形成し、金属膜内の空隙や結晶面の乱れを抑制し、体積抵抗率を低減する観点、温度変化による体積抵抗率の変動を低減する観点、及び耐屈曲性を向上させる観点から、好ましくは2質量%以上、より好ましくは4質量%以上、更に好ましくは6質量%以上、より更に好ましくは8質量%以上であり、そして、好ましくは40質量%以下、より好ましくは30質量%以下、更に好ましくは20質量%以下、より更に好ましくは15質量%以下、より更に好ましくは10質量%以下である。
本発明の金属ペースト中のポリオールDの金属酸化物Aに対する含有質量比(ポリオールD/金属酸化物A)は、微細な金属ナノ粒子を形成し、金属膜内の空隙や結晶面の乱れを抑制し、体積抵抗率を低減する観点、温度変化による体積抵抗率の変動を低減する観点、及び耐屈曲性を向上させる観点から、好ましくは0.10以上、より好ましくは0.15以上、更に好ましくは0.17以上であり、そして、好ましくは1.5以下、より好ましくは1.0以下、更に好ましくは0.7以下、より更に好ましくは0.5以下、より更に好ましくは0.3以下、より更に好ましくは0.25以下である。
ポリオールDが1,2-アルカンジオールを含む場合、ポリオールD中の1,2-アルカンジオールの含有量は、体積抵抗率を低減する観点、温度変化による体積抵抗率の変動を低減する観点、及び耐屈曲性を向上させる観点から、好ましくは50質量%以上、より好ましくは70質量%以上、更に好ましくは90質量%以上であり、そして、好ましくは100質量%以下、より更に好ましくは100質量%である。
ポリオールDがプロピレングリコールを含む場合、ポリオールD中のプロピレングリコールの含有量は、体積抵抗率を低減する観点、温度変化による体積抵抗率の変動を低減する観点、及び耐屈曲性を向上させる観点から、好ましくは10質量%以上、より好ましくは20質量%以上、更に好ましくは30質量%以上、より更に好ましくは50質量%以上、より更に好ましくは70質量%以上、より更に好ましくは90質量%以上であり、そして、好ましくは100質量%以下、より更に好ましくは100質量%である。
本発明の金属ペーストは、体積抵抗率が低く、温度変化による体積抵抗率の変動が抑制され、耐屈曲性に優れる金属膜を形成することができるため、各種電子電気機器の導電性部材の形成に用いることができる。該導電性部材は、はんだ等の接合剤;RFID(radio frequency identifier)タグ等のアンテナ;MLCC(積層セラミックコンデンサ)等のコンデンサ;電子ペーパー;液晶ディプレイ、有機ELディスプレイ等の画像表示装置;有機EL素子;有機トランジスタ;プリント配線板、フレキシブル配線板等の配線板;有機太陽電池;フレキシブルセンサー等のセンサーなどに用いることが好ましい。これらの中でも、本発明の金属ペーストは、体積抵抗率を低減する観点、温度変化による体積抵抗率の変動を低減する観点、及び耐屈曲性を向上させる観点から、複数の金属部材の接合に用いることが好ましい。
[金属膜の製造方法]
本発明の金属ペーストは、該金属ペーストを基材上に塗布し、加熱して金属膜を形成する工程を含む、金属膜の製造方法に用いることが好ましい。
前記工程における加熱処理の温度は、体積抵抗率を低減する観点、温度変化による体積抵抗率の変動を低減する観点、及び耐屈曲性を向上させる観点から、常圧下、好ましくは30℃以上、より好ましくは35℃以上、更に好ましくは37℃以上であり、そして、生産性の観点から、好ましくは130℃以下、より好ましくは110℃以下、更に好ましくは90℃以下、より更に好ましくは70℃以下、より更に好ましくは60℃以下、より更に好ましくは50℃以下、より更に好ましくは45℃以下である。
前記工程における加熱処理の時間は、加熱処理の温度によって適宜調整することができるが、体積抵抗率を低減する観点、温度変化による体積抵抗率の変動を低減する観点、及び耐屈曲性を向上させる観点から、好ましくは1分以上、より好ましくは5分以上、更に好ましくは10分以上、より更に好ましくは30分以上であり、そして、生産性の観点から、好ましくは6時間以下、より好ましくは3時間以下、更に好ましくは2時間以下である。
前記工程における加熱処理は、空気雰囲気下であってもよく、窒素ガス等の不活性ガス雰囲気下であってもよいが、前記基材が酸化されやすい金属である場合には、窒素ガス雰囲気下であることが好ましい。
金属膜の形成に用いる基材としては、例えば、金属部材、樹脂フィルム、ガラス、セラミック、コート紙、アート紙、合成紙、加工紙等が挙げられる。
金属部材としては、金基板、金メッキ基板、銀基板、銀メッキ金属基板、銅基板、パラジウム基板、パラジウムメッキ金属基板、プラチナ基板、プラチナメッキ金属基板、アルミニウム基板、ニッケル基板、ニッケルメッキ基板、スズ基板、スズメッキ金属基板等の金属系基板又は金属製基板;電気絶縁性基板の電極等の金属部分などが挙げられる。
樹脂フィルムとしては、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリアミド(PA)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリプロピレン(PP)、ポリスチレン(PS)、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン共重合体(ABS)、アクリロニトリル-スチレン共重合体(AS)、ポリカーボネート(PC)等が挙げられる。
前記金属ペーストは、複数の金属部材の接合に用いてもよい。この場合、複数の金属部材は、同じ種類の金属部材であっても、異なる種類の金属部材であってもよい。
本発明における金属部材の接合は、コンデンサ、抵抗等のチップ部品と回路基板との接合;メモリ、ダイオード、トランジスタ、IC、CPU等の半導体チップとリードフレーム又は回路基板との接合;高発熱の半導体チップと冷却板との接合などに用いることができる。
前記金属ペーストの基材への塗布方法としては、スロットダイコーティング、ディップコーティング、スプレーコーティング、スピンコーティング、ドクターブレーディング、ナイフエッジコーティング、バーコーティング等の各種塗布方法;スクリーン印刷、フレキソ印刷、グラビア印刷、オフセット印刷、ディスペンサー印刷、インクジェット印刷等の各種パターニング印刷方法が挙げられる。
前記金属ペーストの基材への塗布量は、形成する電極又は回路、接合する金属部材の大きさ、種類に応じて適宜調整することができる。
本発明の方法により形成される金属膜の体積抵抗率ρvは、好ましくは90μΩ・cm以下、より好ましくは70μΩ・cm以下、更に好ましくは60μΩ・cm以下、より更に好ましくは50μΩ・cm以下、より更に好ましくは40μΩ・cm以下、より更に好ましくは30μΩ・cm以下、より更に好ましくは20μΩ・cm以下、より更に好ましくは10μΩ・cm以下であり、そして、金属膜の生産性の観点から、好ましくは1μΩ・cm以上、より好ましくは2μΩ・cm以上、更に好ましくは3μΩ・cm以上である。前記体積抵抗率ρvは、実施例に記載の方法で測定することができる。
上述の実施形態に関し、本発明は更に以下の実施態様を開示する。
<1>
金属酸化物A、カルボン酸金属塩B、カルボキシ基を有するポリマーC、及びポリオールDを含有し、
金属酸化物A及びカルボン酸金属塩Bの合計含有量が55質量%以上である、金属ペースト。
<2>
金属酸化物A、カルボン酸金属塩B、カルボキシ基を有するポリマーC、及びポリオールDを含有し、
金属酸化物A及びカルボン酸金属塩Bの合計含有量が55質量%以上であり、
金属酸化物Aを構成する金属が、金、銀、銅及びパラジウムから選ばれる1種以上を含み、
カルボン酸金属塩Bが炭素数1以上12以下のカルボン酸の金属塩を含み、
ポリマーCがモノマー(c-1)として(メタ)アクリル酸及びマレイン酸から選ばれる少なくとも1種のモノマー由来の構成単位を有し、
ポリオールDが、ジオール及びグリセリンから選ばれる少なくとも1種を含む、<1>に記載の金属ペースト。
<3>
金属酸化物A、カルボン酸金属塩B、カルボキシ基を有するポリマーC、及びポリオールDを含有し、
金属酸化物A及びカルボン酸金属塩Bの合計含有量が55質量%以上であり、
金属酸化物Aを構成する金属が、金、銀、銅及びパラジウムから選ばれる1種以上を含み
カルボン酸金属塩Bが炭素数1以上12以下のカルボン酸の銀塩及び銅塩から選ばれる1種以上を含み、
ポリマーCがモノマー(c-1)として(メタ)アクリル酸及びマレイン酸から選ばれる少なくとも1種のモノマー由来の構成単位有し、ポリマーCの酸価が5mgKOH/g以上800mgKOH/g以下であり、
ポリオールDが、エチレングリコール、プロピレングリコール及びグリセリンから選ばれる少なくとも1種を含む、<1>又は<2>に記載の金属ペースト。
<4>
金属酸化物A、カルボン酸金属塩B、カルボキシ基を有するポリマーC、及びポリオールDを含有し、
金属酸化物A及びカルボン酸金属塩Bの合計含有量が55質量%以上であり、
金属酸化物Aを構成する金属が、銀及び銅から選ばれる少なくとも1種を含み
カルボン酸金属塩Bがギ酸銀、酢酸銀、プロピオン酸銀、シュウ酸銀、ラウリン酸銀、ギ酸銅、酢酸銅、プロピオン酸銅、シュウ酸銅、及びラウリン酸銅から選ばれる1種以上を含み、
ポリマーCがモノマー(c-1)として(メタ)アクリル酸及びマレイン酸から選ばれる少なくとも1種のモノマー由来の構成単位並びにモノマー(c-2)としてアルコキシポリアルキレングリコール(メタ)アクリレート由来の構成単位を有し、ポリマーCの酸価が5mgKOH/g以上800mgKOH/g以下であり、
ポリオールDが、プロピレングリコールを含む、<1>~<3>のいずれか1つに記載の金属ペースト。
<5>
カルボン酸金属塩Bの金属酸化物Aに対する含有質量比(カルボン酸金属塩B/金属酸化物A)が、0.1以上3.0以下である、<1>~<4>のいずれか1つに記載の金属ペースト。
<6>
ポリマーCの金属酸化物A及びカルボン酸金属塩Bの合計量に対する含有質量比(ポリマーC/〔金属酸化物A+カルボン酸金属塩B〕)が、0.005以上0.15以下である、<1>~<5>のいずれか1つに記載の金属ペースト。
<7>
金属ペースト中の金属酸化物Aの含有量が、10質量%以上90質量%以下である、<1>~<6>のいずれか1つに記載の金属ペースト。
<8>
金属ペースト中のポリオールDの含有量が、2質量%以上40質量%以下である、<1>~<7>のいずれか1つに記載の金属ペースト。
<9>
金属ペースト中のカルボン酸金属塩Bの含有量が、5質量%以上80質量%以下である、<1>~<8>のいずれか1つに記載の金属ペースト。
<10>
カルボン酸金属塩Bを構成する金属が、金属酸化物Aを構成する金属と同じである、<1>~<9>のいずれか1つに記載の金属ペースト。
<11>
金属酸化物A中の酸化金、酸化銀、酸化銅及び酸化パラジウムの合計含有量が80質量%以上である、<1>~<10>のいずれか1つに記載の金属ペースト。
<12>
カルボン酸金属塩B中の炭素数1以上12以下のカルボン酸の金属塩の合計含有量が80質量%以上である、<1>~<11>のいずれか1つに記載の金属ペースト。
<13>
ポリマーC中のモノマー(c-1)として(メタ)アクリル酸及びマレイン酸から選ばれる少なくとも1種のモノマー由来の構成単位、並びにモノマー(c-2)としてアルコキシポリアルキレングリコール(メタ)アクリレート由来の構成単位の合計含有量が80質量%以上である、<1>~<12>のいずれか1つに記載の金属ペースト。
<14>
ポリオールD中のジオール及びグリセリンの合計含有量が80質量%以上である、<1>~<13>のいずれか1つに記載の金属ペースト。
<15>
カルボン酸金属塩Bの金属酸化物Aに対する含有質量比(カルボン酸金属塩B/金属酸化物A)が、0.6以上1.5以下である、<1>~<14>のいずれか1つに記載の金属ペースト。
<16>
ポリマーCの金属酸化物A及びカルボン酸金属塩Bの合計量に対する含有質量比(ポリマーC/〔金属酸化物A+カルボン酸金属塩B〕)が0.015以上0.07以下である、<1>~<15>のいずれか1つに記載の金属ペースト。
<17>
<1>~<16>のいずれか1つに記載の金属ペーストを基材上に塗布し、加熱して金属膜を形成する工程を含む、金属膜の製造方法。
<18>
加熱処理する温度が30℃以上130℃以下である、<17>に記載の金属膜の製造方法。
以下の合成例、実施例及び比較例において、「部」及び「%」は特記しない限り「質量部」及び「質量%」である。
〔ポリマーCの数平均分子量Mnの測定〕
N,N-ジメチルホルムアミドに、リン酸及びリチウムブロマイドをそれぞれ60mmol/Lと50mmol/Lの濃度となるように溶解した液を溶離液として、ゲル浸透クロマトグラフィー法〔東ソー株式会社製GPC装置(HLC-8320GPC)、東ソー株式会社製カラム(TSKgel SuperAWM-H、TSKgel SuperAW3000、TSKgel guardcolumn Super AW-H)、流速:0.5mL/min〕により、標準物質として分子量既知の単分散ポリスチレンキット〔PStQuick B(F-550、F-80、F-10、F-1、A-1000)、PStQuick C(F-288、F-40、F-4、A-5000、A-500)、東ソー株式会社製〕を用いて測定した。
測定試料は、ガラスバイアル中にポリマー0.1gを前記溶離液10mLと混合し、25℃で10時間、マグネチックスターラーで撹拌し、シリンジフィルター(DISMIC-13HP PTFE 0.2μm、アドバンテック東洋株式会社製)で濾過したものを用いた。
〔固形分濃度の測定〕
30mlのポリプロピレン製容器(φ=40mm、高さ=30mm)にデシケーター中で恒量化した硫酸ナトリウム10.0gを量り取り、そこへサンプル約1.0gを添加して、混合させた後、正確に秤量し、105℃で2時間維持して、揮発分を除去し、更に室温(25℃)のデシケーター内で更に15分間放置したのちに、質量を測定した。揮発分除去後のサンプルの質量を固形分として、添加したサンプルの質量で除して固形分濃度とした。
合成例1-1(ポリマーC1の合成)
温度計、200mL窒素バイパス付き滴下ロート(1)1本、50mL窒素バイパス付き滴下ロート(2)1本及び還流装置を具備した1000mL四つ口丸底フラスコに、イオン交換水100gをいれ、マグネチックスターラーで撹拌し、オイルバスにて該フラスコの内温を80℃まで加温した。別途、窒素バブリングを10分行った後、98%アクリル酸(富士フイルム和光純薬株式会社製、特級試薬)3g、メトキシポリエチレングリコール(EO23モル)アクリレート(新中村化学工業株式会社製、NKエステルM-230G)97g、3-メルカプトプロピオン酸(富士フイルム和光純薬株式会社製、特級試薬)2gをポリビーカー中で溶解し、滴下ロート(1)に入れた。さらに、イオン交換水20gとペルオキソ二硫酸アンモニウム(富士フイルム和光純薬製、特級試薬)2gをポリビーカー中で溶解し、滴下ロート(2)に入れた。その後、上記フラスコにむけ、滴下ロート(1)及び滴下ロート(2)内の混合物を同時にそれぞれ90分かけて滴下した。その後、該フラスコの内温を90℃に昇温した後、更に1時間撹拌を続けた。その後、室温まで冷却し、イオン交換水を添加して固形分濃度を調整し、ポリマーC1(Mn:4,700)の溶液(固形分濃度40%、酸価:23mgKOH/g)を得た。
合成例1-2(ポリマーC2の合成)
合成例1-1において、メトキシポリエチレングリコール(EO23モル)アクリレートを用いずに、98%アクリル酸を100gに変更した以外は同様に合成を行い、ポリマーC2(Mn:1,100)の溶液(固形分濃度40%、酸価:780mgKOH/g)を得た。
比較合成例1-1(ポリマーC’1の合成)
合成例1-1において、98%アクリル酸を用いずに、メトキシポリエチレングリコール(EO23モル)アクリレートを100gに変更した以外は同様に合成を行い、ポリマーC’1(Mn:4,400)の溶液(固形分濃度40%、酸価:0mgKOH/g)を得た。
合成例2-1(ギ酸銀の合成)
温度計、200mL窒素バイパス付き滴下ロート2本、還流装置を具備した500mL四つ口丸底フラスコに、酸化銀(富士フイルム和光純薬株式会社製、特級試薬)100g(0.43モル)を投入した。その後、マグネチックスターラーで緩やかに撹拌しつつ、ギ酸(富士フイルム和光純薬株式会社製、特級試薬)46g(1モル)を室温にて滴下し、懸濁液を得た。得られた懸濁液を5℃に冷却した500mLのイオン交換水中に投入し、マグネチックスターラーで5分間撹拌後、静置した。上清を除去後、5℃に冷却した500mLのイオン交換水を投入し、再度マグネチックスターラーで5分間撹拌後、静置した。その後、上清を除去し、凍結乾燥機(東京理化器械株式会社製、商品名:FDU-2100及びDRC-1000)を用いて、-25℃にて1時間、-10℃にて10時間、及び25℃にて4時間真空乾燥を行い、水分量1%以下となるまで乾燥させることで、ギ酸銀を得た。
合成例2-2(酢酸銀の合成)
合成例2-1において、ギ酸46g(1モル)を、酢酸(富士フイルム和光純薬株式会社製、特級試薬)60g(1モル)に変更した以外は同様にして、酢酸銀を得た。
合成例2-3(ラウリン酸銀の合成)
合成例2-1において、ギ酸46g(1モル)を、ラウリン酸(富士フイルム和光純薬株式会社製、一級試薬)200g(1モル)をエタノール200gに溶解したものに変更した以外は同様にして、ラウリン酸銀を得た。
合成例2-4(ギ酸銅の合成)
温度計、還流装置を具備した1L四つ口丸底フラスコに、アセトン(富士フイルム和光純薬株式会社製、特級試薬)300gを投入した。その後、マグネチックスターラーで緩やかに攪拌しつつ、ギ酸(富士フイルム和光純薬株式会社製、特級試薬)143gを投入し、25℃にて60分間撹拌した。その後、塩基性炭酸銅(富士フイルム和光純薬株式会社製、一級試薬)150gを添加し、25℃で2時間攪拌した。その後、精製した結晶をろ紙(アドバンテック東洋株式会社製、No.5A)でろ過し、その後アセトンでよく洗浄した。得られた結晶をステンレス製バットに広げ、送風乾燥機(ヤマト科学株式会社製、DKN602)内に置き、90℃で24時間乾燥し、青色結晶のギ酸銅181gを得た。
実施例1
金属酸化物Aとして酸化銀(富士フイルム和光純薬株式会社製、特級試薬)50g、カルボン酸金属塩Bとして合成例2-1で得られたギ酸銀50g、ポリマーCとして合成例1-1で得られたポリマーC1の溶液を5g、ポリオールDとしてプロピレングリコール(富士フイルム和光純薬株式会社製、特級試薬)10gを混合した。得られた混合物を、混錬脱泡機(株式会社シンキー製「あわとり練太郎ARE-310」)を用いて、処理条件(撹拌モード2000rpm、処理時間60秒)で処理することにより金属ペーストを得た。次いで、以下の評価方法により、温度サイクル試験及び耐屈曲性試験の評価を行った。結果を表1に示す。
実施例2~14及び比較例1~5
実施例1において、表1に示す配合組成に変更した以外は同様にして各金属ペーストを得た。次いで、以下の評価方法により、温度サイクル試験及び耐屈曲性試験の評価を行った。
なお、表1中の各成分の詳細は以下のとおりである。
酸化銅:富士フイルム和光純薬株式会社製、特級
酸化パラジウム:富士フイルム和光純薬株式会社製、特級
硝酸銀:富士フイルム和光純薬株式会社製、特級
PG:プロピレングリコール
EG:エチレングリコール
<評価>
〔温度サイクル試験の評価〕
実施例及び比較例で得られた各金属ペーストを、メタルマスク(平井精密工業株式会社製、マスク厚150μm)を使用し、実験用銀板(ケニス社製、厚み2mm、純度99.96%)上に塗布し、40℃のオーブンにて1時間加熱し、該実験用銀板上に金属膜を形成したサイクル試験用のサンプルを得た。
次いで、サイクル試験機「ES-53LS」(株式会社日立製作所製)に投入し、0℃で15分放置、次いで100℃で15分放置することを1サイクルとして、500サイクル繰り返す温度サイクル試験を行い、サイクル試験後のサンプルを得た。
上記で得られたサイクル試験前後のサンプルに対し、断面試料作製装置「IB-19520CCP」(日本電子株式会社製)を用いて加工し、該サンプルに平滑な切断面を作成した。次いで、切断面を作成したサンプルをSEM試料台(日新EM株式会社製、Type-T)にSEM用アルミ基材カーボン両面テープ(日新EM株式会社製、カタログ番号732)で張り付け、電界放出形走査電子顕微鏡(FE-SEM)(株式会社日立製作所製、型式:S-4800)を用いて、SEMモード、加速電圧10kVの条件で切断面を観察し、二次電子像を得た。該二次電子像中の金属膜層の10点で金属膜層の厚みを測定し、算術平均により金属膜層の厚みtを得た。
次いで、上記で得られたサンプルを、抵抗率計(本体:ロレスタ-GP、四探針プローブ:PSPプローブ、いずれも日東精工アナリテック株式会社製)を用いて測定し、上記で測定した金属膜層の厚みtを前記抵抗率計に入力することにより体積抵抗率を表示させた。上記サンプルの他の場所でも同様に測定し、合計10か所の算術平均により体積抵抗率ρvを得た。下記式より体積抵抗率ρvの変化率を算出した。結果を表1に示す。サイクル試験前の体積抵抗率ρv(1)及びサイクル試験後の体積抵抗率ρv(2)の値が小さく、かつ体積抵抗率ρvの変化率の値が小さいほど、温度サイクル試験における耐性に優れている。
体積抵抗率ρvの変化率(%)=〔サイクル試験後の体積抵抗率ρv(2)/サイクル試験前の体積抵抗率ρv(1)〕×100
〔耐屈曲性試験の評価〕
上記で得られたサイクル試験用のサンプルを、円筒屈曲性試験機(エリクセン社製、No.266S)にセットした。交換用円筒マンドレルを直径20mmから小さいものに順に交換して耐屈曲性試験を行った。金属膜にクラックが発生した時点で試験終了とし、クラックが発生しなかった円筒マンドレルの最小直径(mm)を耐屈曲性の指標として用いた。結果を表1に示す。クラックが発生しなかった円筒マンドレルの最小直径が小さいほど耐屈曲性に優れる。
Figure 2022032971000001
表1から、実施例1~14は、比較例1~5と比べて、サイクル試験前の体積抵抗率ρv(1)及びサイクル試験後の体積抵抗率ρv(2)の値がいずれも小さく、サイクル試験前後の体積抵抗率ρvの変化率が100%に近いことから温度変化による体積抵抗率の変動が低減されており、クラックが発生しなかった円筒マンドレルの最小直径も小さいことから耐屈曲性に優れることが分かる。
本発明によれば、体積抵抗率が低く、温度変化による体積抵抗率の変動が小さく、かつ耐屈曲性に優れる金属膜を形成することができる金属ペーストを提供することができるため、各種電子部品における回路や電極の形成又は部材の接合に用いることができる。

Claims (14)

  1. 金属酸化物A、カルボン酸金属塩B、カルボキシ基を有するポリマーC、及びポリオールDを含有し、
    金属酸化物A及びカルボン酸金属塩Bの合計含有量が55質量%以上である、金属ペースト。
  2. カルボン酸金属塩Bの金属酸化物Aに対する含有質量比(カルボン酸金属塩B/金属酸化物A)が、0.1以上3.0以下である、請求項1に記載の金属ペースト。
  3. ポリマーCの金属酸化物A及びカルボン酸金属塩Bの合計量に対する含有質量比(ポリマーC/〔金属酸化物A+カルボン酸金属塩B〕)が、0.005以上0.15以下である、請求項1又は2に記載の金属ペースト。
  4. 金属酸化物Aを構成する金属が、金、銀、銅及びパラジウムから選ばれる1種以上を含む、請求項1~3のいずれかに記載の金属ペースト。
  5. カルボン酸金属塩Bが、炭素数1以上12以下のカルボン酸の金属塩を含む、請求項1~4のいずれかに記載の金属ペースト。
  6. カルボン酸金属塩Bを構成する金属が金、銀、銅及びパラジウムから選ばれる1種以上を含む、請求項1~5のいずれかに記載の金属ペースト。
  7. ポリマーCが(メタ)アクリル酸及びマレイン酸から選ばれる少なくとも1種のモノマー由来の構成単位を有する、請求項1~6のいずれかに記載の金属ペースト。
  8. ポリオールDが、ジオール及びグリセリンから選ばれる少なくとも1種を含む、請求項1~7のいずれかに記載の金属ペースト。
  9. 金属ペースト中の金属酸化物Aの含有量が、10質量%以上90質量%以下である、請求項1~8のいずれかに記載の金属ペースト。
  10. 金属ペースト中のポリオールDの含有量が、2質量%以上40質量%以下である、請求項1~9のいずれかに記載の金属ペースト。
  11. 金属ペースト中のカルボン酸金属塩Bの含有量が、5質量%以上80質量%以下である、請求項1~10のいずれかに記載の金属ペースト。
  12. カルボン酸金属塩Bを構成する金属が、金属酸化物Aを構成する金属と同じである、請求項1~11のいずれかに記載の金属ペースト。
  13. ポリマーCが、更にポリオキシアルキレン基を有する、請求項1~12のいずれかに記載の金属ペースト。
  14. 請求項1~13のいずれかに記載の金属ペーストを基材上に塗布し、加熱して金属膜を形成する工程を含む、金属膜の製造方法。
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