(57)【要約】【課題】銀粒子が溶媒に分散する金属インクについて、印刷性に優れ、安定して高品質の電極・配線が形成可能なものを提供する。【解決手段】本発明は、銀からなる金属粒子と、アミン化合物からなる保護剤Ａ、及び、脂肪酸からなる保護剤Ｂを含んでなる金属インクであって、前記保護剤Ａは、炭素数４以上１２以下のアミン化合物の少なくとも１種からなり、前記保護剤Ｂは、炭素数２２以上２６以下の脂肪酸の少なくとも１種からなる金属インクである。ここで、アミン化合物の含有量は、銀粒子の質量基準で０．２ｍｍｏｌ／ｇ以上１．５ｍｍｏｌ／ｇ以下が好ましい。また、脂肪酸の含有量は、銀粒子の質量基準で０．０１ｍｍｏｌ／ｇ以上０．０６ｍｍｏｌ／ｇ以下とするのが好ましい。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
銀からなる金属粒子と、アミン化合物からなる保護剤Ａ、及び、脂肪酸からなる保護剤Ｂを含んでなる金属インクであって、
前記保護剤Ａは、炭素数４以上１２以下のアミン化合物の少なくとも１種からなり、前記保護剤Ｂは、炭素数２２以上２６以下の脂肪酸の少なくとも１種からなる金属インク。
【請求項２】
保護剤Ａである炭素数４以上１２以下のアミン化合物の含有量は、銀粒子の質量基準で０．２ｍｍｏｌ／ｇ以上１．５ｍｍｏｌ／ｇ以下である請求項１記載の金属インク。
【請求項３】
保護剤Ｂである脂肪酸の含有量は、銀粒子の質量基準で０．０１ｍｍｏｌ／ｇ以上０．０６ｍｍｏｌ／ｇ以下である請求項１又は請求項２記載の金属インク。
【請求項４】
アミン化合物の含有量と脂肪酸の含有量との比が、５．０以上１２０．０以下である請求項１〜請求項３のいずれかに記載の金属インク。
【請求項５】
動的光散乱法に基づく粒度分布における、粒径５００ｎｍ以上の粗大凝集粒子の割合が体積分率で５％以下である請求項１〜請求項４のいずれかに記載の金属インク。
【請求項６】
銀粒子の平均粒径は、５ｎｍ以上１００ｎｍ以下である請求項１〜請求項５のいずれかに記載の金属インク。
【請求項７】
銀粒子の含有量は、金属インク全体の質量に対して２０質量％以上７０質量％以下である請求項１〜請求項６のいずれかに記載の金属インク。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のいずれかに記載の金属インクであって
スピンコート法により、前記金属インク１００μＬを２０００ｒｐｍの回転数で１分間回転して塗布した後、１２０℃で３０分以上焼成したときに形成される導電体の体積抵抗が５μΩｃｍ以上２０μΩｃｍ以下となることを特徴とする金属インク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶媒に銀粒子が分散した金属インクに関する。特に、必須の保護剤として特定の範囲の脂肪酸を含み、安定した印刷性を発揮することができる金属インクに関する。
【背景技術】
【０００２】
各種の電子デバイスの回路基板やタッチパネル、ディスプレイの透明基板への電極・配線形成のため、金属インクの使用が注目されている。かかる金属インクは、導電性金属の微粒子が溶媒に分散したものであり、その塗布により所望形状・パターンの電極・配線形成を可能とする。このプロセスは、スパッタリング等の従来の薄膜形成プロセスに対して、真空雰囲気とする必要がなく、装置コストも抑えることができるという利点がある。
【０００３】
この金属インクとして、例えば、特許文献１記載の銀粒子を含む金属インク（銀インク）がある。この金属インクに適用される銀粒子は、銀化合物とアミンとを反応させて銀アミン錯体を生成し、これを熱分解することで得られる。この方法により製造される銀粒子は、アミンによって保護（被覆）された状態で、微細且つ均一な粒径となっている。このような銀粒子を含む金属インクは、比較的低温で銀粒子を焼結させて電極・配線を形成することができる。低温焼結性を有する金属インクは、基板の選択肢を広げることができ、金属・ガラス基板に加えて、プラスチック、ＰＥＴ等の樹脂基板やポリイミド等の有機材料基板に対して好適に電極・配線を形成することができる。
【０００４】
また、本願出願人は、上記と同様の銀アミン錯体由来の銀粒子を含む金属インクを用いつつ、基板に所定の処理を行うことで、これまでにない高精細な金属配線を印刷して形成する方法を見出している（特許文献２）。この方法では、まず、基板に撥液性のフッ素含有樹脂層を形成し、基板表面の配線パターンを形成する部位に官能基を形成する。そして、基板に金属インクを塗布して、インク中の金属粒子を官能基に接合させた後に焼結させて金属配線を形成する。この方法では、紫外線等の光照射により官能基を形成させることで微細なパターニングを行い、ここに金属インクを適用することで効率的且つ高精細な配線形成が可能となっている。
【０００５】
ここで、金属インクには、金属粒子が金属インク中で凝集し粗大化するのを防ぐため、保護剤を添加することが一般的となっている。上記特許文献１においても、銀粒子の製造過程で銀粒子を被覆するアミンが保護剤となって金属インク中に含まれている。また、上記特許文献２においては、アミン化合物に加えて脂肪酸が保護剤として金属インク中に含まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−４０６３０号公報
【特許文献２】特開２０１６−４８６０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記従来の金属インクは、低温焼結性を発揮する微細金属粒子と、その保護剤により安定的な電極・配線形成を可能としている。しかし、本発明者等の検討によれば、これまでの使用で問題ない金属インクであっても、近年の電極・配線の微細化の要求に完全に応えることが困難な状況であることが確認されている。
【０００８】
例えば、上述の本願出願人による金属配線パターンの形成技術（特許文献２）は、肉眼による可視領域を超える線幅３μｍ以下の極細の金属配線を形成することが可能となっている。そして、この技術では、基板に対して適切な処理を行いつつ、その際に適用される金属インクの好適な構成を明示している。この金属インクにおいては、アミンと脂肪酸を保護剤としつつ、それぞれの好適な範囲が規定されている。
【０００９】
しかし、本発明者等の検討によれば、上記の金属配線の形成方法において、金属配線に電気抵抗の異常が発生する場合があることが確認されている。この配線の不具合としては、局所的な形状不良や断線・ショートによるものが確認されている。
【００１０】
上記のような配線の不具合は、その発生頻度がさほど高いというわけではない。また、上述の本願出願人による金属配線パターン形成技術は、その配線幅について極めて厳しい要求特性に対応させたものあり、不具合を完全に抑制することは困難であるとも考えられる。しかしながら、発生頻度が低いとはいっても、不具合が生じると配線全体が不良品となるため、そのロスは大きい。また、配線パターンに対する要求特性は、今後もより厳密な微細化・高精細化が要求されると予測される。この要求に対応するためには、現状以上に高品質の配線を安定して形成するための要素技術の開発が必要である。
【００１１】
本発明は上記のような背景のもとになされたものであり、高品質の電極・配線の形成のため、金属インクの構成の観点からアプローチするものである。本発明は、金属インクであって、形状不良や断線が生じ難く、安定して高品質の電極・配線が形成可能なものを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決すべく、本発明者等は、従来技術において発生する配線の不具合の態様・原因について検討した。その結果、印刷された配線部分に局所的なカスレや液ダマが発生し、それらの印刷不良が配線の断線や外観不良を誘発していることを見出した。このことから、本発明者等は、上述した金属配線パターンの形成技術（特許文献２）で適用される金属インクの構成、特に、保護剤の構成について検討することとした。
【００１３】
上記のとおり、特許文献２記載の金属インクにおいては、保護剤として所定範囲のアミン化合物と脂肪酸の２種類の化合物が使用される。これら２種類の保護剤は、インク中の金属粒子の凝集・粗大化を抑制して分散状態を安定させるという保護剤本来の作用を発揮していると考えられている。  
【００１４】
本発明者等は、上記課題解決の方策として、保護剤として好適な脂肪酸を検討することとした。金属インクの印刷不良という問題は、印刷方法、印刷される基材にもよるが金属インクそのものの性質に起因することが多い。ここで、従来の金属インクにおいては、保護剤となる脂肪酸に関して、炭素数が４以上２０以下の不飽和脂肪酸又は飽和脂肪酸を適用すべきとしている。脂肪酸の炭素数を制限するのは、炭素数が少ない脂肪酸は、保護剤としての作用が弱く、金属粒子の凝集が生じる傾向があるからである。一方、炭素数が多い脂肪酸は、塗布後に金属粒子表面から蒸発し難く、残留することで電極・配線の電気抵抗値を上昇させる可能性があると考えられている。
【００１５】
本発明者等は、上記のような認識に対して、従来技術における炭素数の上限（炭素数２０）を超える脂肪酸の適用の可否を検討した。その結果、炭素数２０超の高炭素数の脂肪酸を適用しても、形成される電極・配線の電気抵抗値が上昇するとは限らないことを見出した。そして、そのような高炭素数の脂肪酸を適用することで、印刷性向上を図りつつ、高品質の電極・配線が形成可能であることを確認した。その一方、本発明者等は、所定値を超える炭素数の脂肪酸の適用に関しては、どのように対処しても好適な金属インクを生成することができないことも見出した。つまり、印刷性を加味した金属インクの構成としては、保護剤である脂肪酸の炭素数に関し、下限値及び上限値において従来技術とは相違する範囲が存在することを見出し、本発明に想到した。
【００１６】
即ち、本発明は、銀粒子と、アミン化合物からなる保護剤Ａ、及び、脂肪酸からなる保護剤Ｂを含んでなる金属インクであって、前記保護剤Ａは、炭素数４以上１２以下のアミン化合物の少なくとも１種からなり、前記保護剤Ｂは、炭素数２２以上２６以下の脂肪酸の少なくとも１種からなる金属インクである。
【００１７】
以上のとおり、本発明に係る金属インクは、金属粒子である銀粒子と、保護剤となるアミン化合物及び脂肪酸とで構成される。以下、これらの各構成について詳細に説明する。
【００１８】
（Ｉ）金属粒子
本発明に係る金属インクにおいて分散する金属粒子は、上記のとおり、銀からなる粒子である。この金属粒子は、平均粒径が５ｎｍ以上１００ｎｍ以下のものが好ましい。特に、線幅の小さい微細な配線を形成するためには、金属粒子の平均粒径は３０ｎｍ以下とすることが好ましい。一方、５ｎｍ未満の過度に微細な金属粒子は凝集し易く取り扱い性に劣ることとなる。
【００１９】
尚、金属粒子の粒径とは、金属インク中で分離・分散している個々の粒子の粒径であって、保護剤部分を含まない金属粒子（銀粒子）の粒径である。具体的には、ＳＥＭやＴＥＭ等の電子顕微鏡で観察される金属粒子のみの大きさを粒子径とする。このとき、粒子同士が接しているものでも粒界が明瞭に観察されている場合には、それぞれの粒子を個別の粒子として判定する。尚、金属粒子の平均粒径の測定に際しては、ＴＥＭ等の電子顕微鏡像を基に、任意の粒子を１０００個以上（好ましくは３０００個程度）選定し、個々の粒子の長径及び短径を測定して二軸法にて粒径を算出し、選定した粒子の平均値を算出するのが好ましい。
【００２０】
尚、本発明においては、上記の金属粒子そのものの粒径に関する規定に加えて、動的光散乱法（Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｌｉｇｈｔ  Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ：以下、ＤＬＳと称するときがある）によって規定される粒子の粒径分布も検討されている。その詳細は後述するが、ＤＬＳによる粒径分布は、保護剤部分を含む金属粒子の粒径分布である。また、この場合の粒径は、金属インク中で粒子同士が保護剤を介して凝集している場合、その凝集状態の大きさがＤＬＳによる粒度分布に反映される。尚、本明細書においては、ＤＬＳ測定により算出される平均粒子径を「ＤＬＳ平均粒径」と称する。
【００２１】
金属インク中の金属粒子の含有量は、金属インク質量に対する金属質量で２０質量％以上７０質量％以下とするのが好ましい。金属粒子の含有量が２０％未満の場合は、十分な導電性を確保するための均一な膜厚の金属パターンを形成する事ができず、金属パターンの抵抗値が高くなる。金属粒子の含有量が７０％を超える場合は、金属粒子の凝集が生じやすくなり、印刷性を損なう可能性がある。
【００２２】
（ＩＩ）保護剤
次に、本発明で適用される保護剤について説明する。本発明では、保護剤Ａとしてアミン化合物を、保護剤Ｂとして脂肪酸の２種類の保護剤を包含する。本発明に係る金属インクでは、炭素数４以上１２以下のアミン化合物（保護剤Ａ）と炭素数２２以上２６以下の脂肪酸（保護剤Ｂ）の双方を含むことを要する。
【００２３】
（ｉ）アミン化合物（保護剤Ａ）
本発明で保護剤Ａと称されるアミン化合物は、主に、金属インク中の金属粒子の凝集を抑制し、微細な粒子状態を維持する作用を有する。アミン化合物は、金属インク塗布後の乾燥処理等の低温加熱により速やかに蒸発・揮発する。そして、アミン化合物の炭素数は、金属粒子の安定性、パターン形成時の焼結特性に影響を及ぼすことから、４以上１２以下とする。
【００２４】
アミン化合物中のアミノ基の数としては、アミノ基が１つである（モノ）アミンや、アミノ基を２つ有するジアミンを適用できる。また、アミノ基に結合する炭化水素基の数は、１つ又は２つが好ましく、すなわち、１級アミン（ＲＮＨ２）、又は２級アミン（Ｒ２ＮＨ）が好ましい。そして、保護剤としてジアミンを適用する場合、少なくとも１以上のアミノ基が１級アミン又は２級アミンのものが好ましい。アミノ基に結合する炭化水素基は、直鎖構造又は分枝構造を有する鎖式炭化水素の他、環状構造の炭化水素基であっても良い。また、一部に酸素を含んでいても良い。
【００２５】
本発明で保護剤として適用されるアミン化合物の具体例としては、ブチルアミン（炭素数４）、１，４−ジアミノブタン（炭素数４）、３−メトキシプロピルアミン（炭素数４）、ペンチルアミン（炭素数５）、２，２−ジメチルプロピルアミン（炭素数５）、３−エトキシプロピルアミン（炭素数５）、Ｎ，Ｎ−ジメチル−１，３−ジアミノプロパン（炭素数５）、ヘキシルアミン（炭素数６）、ヘプチルアミン（炭素数７）、ベンジルアミン（炭素数７）、Ｎ，Ｎ−ジエチル−１，３−ジアミノプロパン（炭素数７）、オクチルアミン（炭素数８）、２−エチルヘキシルアミン（炭素数８）、ノニルアミン（炭素数９）、デシルアミン（炭素数１０）、ジアミノデカン（炭素数１０）、ウンデシルアミン（炭素数１１）、ドデシルアミン（炭素数１２）、ジアミノドデカン（炭素数１２）等が挙げられる。尚、保護剤Ａであるアミン化合物は、分散液中での金属粒子の分散性や低温焼結性を調節する目的で複数種のアミン化合物を混合・組合せて使用しても良い。但し、複数種のアミン化合物を混合・組合せて使用する場合、当該アミン化合物の炭素数を４以上１２以下とする。
【００２６】
本発明に係る金属インク中のアミン化合物の含有量は、金属インク中の金属（銀）の質量基準で規定することが好ましい。保護剤Ａであるアミン化合物の好ましい含有量は、金属質量基準で０．２ｍｍｏｌ／ｇ以上１．５ｍｍｏｌ／ｇ以下とするのが好ましい。０．２ｍｍｏｌ／ｇ未満では金属粒子の凝集抑制が困難であり、１.５ｍｍｏｌ／ｇを超えると、印刷時にアミン化合物が残留するおそれが生じる。尚、複数種のアミン化合物を使用する場合のアミン化合物の含有量とは、個々のアミン化合物の含有量の合計を適用する。また、アミン化合物の含有量の測定方法としては、ガスクロマトグラフィー（ＧＣ）、ＧＣ−ＭＳ、ＴＧ−ＭＳ等が適用できる。複数種のアミン化合物を使用する場合も、これらの分析手段を適宜に組み合わせることで含有量を測定できる。
【００２７】
（ｉｉ）脂肪酸（保護剤Ｂ）
これまで述べたように、本発明に係る金属インクは、保護剤Ｂとして適用される脂肪酸に関し、高炭素数の脂肪酸を適用することを特徴とする。本発明者等の検討の結果、高炭素数の脂肪酸は、金属インク塗布後の加熱に際しても揮発し難い傾向は認められるものの、それが直ちに電極・配線の抵抗上昇に繋がることはない。むしろ、適度に炭素数が高い脂肪酸の適用は、金属インクの印刷性向上に寄与することが出来る。この印刷性向上の観点から設定される炭素数が２２以上である。これより低い炭素数の脂肪酸は、その種類や添加条件等を如何に調整しても印刷性に関して、本発明程度の信頼性を具備させることができない。
【００２８】
その一方で、過度に高い炭素数の脂肪酸を適用すると、金属インクそのものが製造困難となる。これは、本発明者等も不測の現象であるが、炭素数が高過ぎる脂肪酸を添加することで、金属インクの粘度が急激に高くなり、固化・ゲル化して流動性を失った状態となり、インクとして成立しないものとなってしまう。具体的には、炭素数２６を超える脂肪酸を適用すると、インクに固化・ゲル化の不具合が生じる。炭素数２２以上２６以下の脂肪酸にはそのような問題は生ぜず、好適な状態の金属インクを生成できる。
【００２９】
以上のような理由に基づき、本発明では炭素数２２以上２６以下の脂肪酸の添加を必須とする。この脂肪酸は、飽和脂肪酸及び不飽和脂肪酸の双方を含む。
【００３０】
本発明で適用する脂肪酸の具体例は、炭素数２２以上２６以下の飽和脂肪酸として、ベヘン酸（別名：ドコサン酸、炭素数２２）、トリコサン酸（炭素数２３）、リグノセリン酸（別名：テトラコサン酸、炭素数２４）、ペンタコサン酸（炭素数２５）、セロチン酸（別名：ヘキサコサン酸、炭素数２６）等がある。また、炭素数２２以上２６以下の不飽和脂肪酸として、エルカ酸（炭素数２２）、ネルボン酸（別名：ｃｉｓ−１５−テトラコセン酸、炭素数２４）等が挙げられる。これらの脂肪酸について、特に好ましいのは、エルカ酸、リグノセリン酸、ネルボン酸である。尚、保護剤Ｂとなる脂肪酸に関しても、炭素数２２以上２６以下の脂肪酸を複数種組合せて使用しても良い。更に、炭素数２２以上２６以下の脂肪酸を１種以上含んでいれば、それに加えて低炭素数の脂肪酸を含んでいても良い。具体的には、炭素数１４以上２１以下の脂肪酸であれば許容される。
【００３１】
ここで、保護剤Ｂとなる炭素数２２以上２６以下の脂肪酸の含有量は、適切な量に調整することが好ましい。脂肪酸は、アミン化合物と比較すると金属粒子に対する結合力が比較的強く、金属インクの塗布及び加熱処理後に残留する可能性がある。本発明者等は、そうであっても配線の抵抗上昇が常に生じるとは限らないとの見解を得ているが、これは金属粒子の焼結挙動によるものと考察している。
【００３２】
即ち、金属粒子は加熱により粒子同士が結合してバルク状金属に近似した状態になるが、完全な緻密状態ではなく僅かに空隙（空間）を含んだ状態となる。この空隙は、例えば、金属粒子の粒径や粒径分布等に起因するものであり、保護剤とは無縁の要因によるものであって、完全に抑制することは不可能である。もっとも、このような空隙の存在は、金属粒子を配線の前駆体とする上では想定されているものであり、空隙が存在しても、焼結体は電極・配線として有用な導電性を発揮する。
【００３３】
焼結体に空隙が存在することを肯定したとき、その中に保護剤（脂肪酸）が存在していても導電性に影響はない。つまり、金属インク中の保護剤（脂肪酸）は、焼結体に残留するとしても、空隙に対応する容量であれば配線の電気特性に大きな影響を与えないと考えられる。
【００３４】
上述の考察に基づいたとき、本発明の金属インクにおける脂肪酸（保護剤Ｂ）の含有量は、金属質量基準で０．０１ｍｍｏｌ／ｇ以上０．０６ｍｍｏｌ／ｇ以下とするのが好ましい。０．０１ｍｍｏｌ／ｇ未満では、保護剤としての効果はなく、アミン化合物（保護剤Ａ）の含有量を好適にしても金属粒子の凝集が生じ得る。一方、脂肪酸が０．０６ｍｍｏｌ／ｇを超えると、形成される配線・電極の電気抵抗が高くなるおそれがある。尚、複数種の脂肪酸を使用する場合、その含有量は合計モル数を適用する。脂肪酸の含有量も、ＧＣ、ＧＣ−ＭＳ、ＴＧ−ＭＳ等で測定可能である
【００３５】
尚、本発明では、上記のとおり、有効な保護剤とされる炭素数２２以上２６以下の脂肪酸に加えて、低炭素数の脂肪酸（炭素数１４以上２１以下の脂肪酸）を含むことが許容されている。但し、そのような場合であっても全ての脂肪酸の含有量を金属質量基準で０．０６ｍｍｏｌ／ｇ以下とするのが好ましい。例えば、炭素数２２以上２６以下の脂肪酸を０．０６ｍｍｏｌ／ｇ含む金属インクについては、低炭素数の脂肪酸を含まないものが好ましい。また、炭素数２２以上２６以下の脂肪酸を０．０１ｍｍｏｌ／ｇ含む金属インクについては、低炭素数の脂肪酸を０．０５ｍｍｏｌ／ｇを超えて含有することは好ましくない。
【００３６】
（ｉｉｉ）アミン化合物と脂肪酸との関係
本発明に係る金属インクは、アミン化合物と脂肪酸の双方を含み、それらの含有量の好適範囲について上記のとおり説明している。ここで、それらの好適範囲を対比すると明らかなように、本発明に係る金属インクは、脂肪酸よりもアミン化合物を多く含むアミンリッチの金属インクを前提とすることが好ましいことが分かる。アミンリッチを前提とするのは、金属インクの低温焼結性を優先的に確保するためである。
【００３７】
この金属インクの低温焼結性と保護剤の構成との関係について説明する。まず、アミン化合物と脂肪酸について、保護剤としての挙動を対比すると、アミン化合物の方が銀粒子に対する結合が弱く、比較的低温で脱離（蒸発）すると考えられる。そして、本発明では比較的炭素数の多い脂肪酸を対象としており、この脂肪酸は銀粒子表面に残留する傾向がある。
【００３８】
ここで、金属インクの印刷による配線の形成プロセスでは、基板表面の官能基が銀表面と結合し、銀粒子が基板表面に固定化されることで金属配線が形成される。このとき、比較的結合の弱いアミン化合物が銀粒子から脱離し、それと同時に基板表面の官能基が銀表面に吸着するというモデルが考えられる。かかるプロセスにおいて、銀粒子表面の保護剤（アミン化合物と脂肪酸）のうち、脱離しにくい脂肪酸がある比率以上増えると、アミンが脱離しても脂肪酸が立体障害となって、基板と銀粒子との接近が阻害されるおそれがある。そして、それにより銀粒子が基板表面へ固定されない、或いは、固定が不十分となる箇所が存在する。そのような固定化が不十分なまま焼成を行うと、見かけ上は金属（銀）配線が形成されていても、電気的に導通のない配線となることがある。
【００３９】
そこで、本発明のように、所定炭素数のアミン化合物及び脂肪酸の双方を保護剤とする金属インクにおいては、低温焼結性確保のためアミンリッチとすると共に、各保護剤の比率を調整することが好ましい。具体的には、それらの比（アミン化合物の含有量／脂肪酸の含有量）を、５．０以上とすることが好ましい。
【００４０】
保護剤の比率（アミン化合物の含有量／脂肪酸の含有量）が５．０未満、即ち、脂肪酸の比率が高くなると、上記した脂肪酸の立体障害による銀粒子と基板との結合が不十分となる可能性が生じる。その結果、基板に配線を印刷したとき、外観上は金属配線が形成されているような場合でも、導通のない領域が生じる可能性が高くなる。
【００４１】
一方、アミン化合物の含有量と脂肪酸の含有量との比率の上限については、特に限定する必要はない。アミン化合物及び脂肪酸の含有量の双方が好適範囲内にあり、かつ、適性にアミンリッチとすることで、銀粒子と基板との結合不良は生じ難い。また、脂肪酸の作用で金属インクの印刷性は良好である。但し、過剰のアミン化合物は印刷性に影響を及ぼすおそれも懸念されることから、保護剤の比率（アミン化合物の含有量／脂肪酸の含有量）は１２０．０以下とするのが好ましい。尚、このアミン化合物と脂肪酸との比率の算出のための含有量としては、金属質量基準におけるモル量（ｍｏｌ／ｇ（ｍｍｏｌ/ｇ））を採用するのが好ましい。
【００４２】
（ＩＩＩ）金属インクのその他の構成
以上説明した、金属粒子と、アミン化合物（保護剤Ａ）及び脂肪酸（保護剤Ｂ）は、適宜の溶媒に分散される。本発明で適用可能な溶媒は、有機溶媒であり、例えば、アルコール、ベンゼン、トルエン、アルカン等である。これらを混合しても良い。好ましい溶媒は、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン等のアルカン、メタノール、エタノール、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、ノナノール、デカノール等のアルコールであり、より好ましくは、これらの中から選択される１種又は２種以上のアルコールと１種又は２種以上のアルカンとの混合溶媒である。
【００４３】
（ＩＶ）金属インクの粒度分布
以上説明した本発明に係る金属インクは、保護剤である脂肪酸の炭素数を適正範囲とすることで、基板に塗布する際にカスレや液タマが生じ難い印刷性に優れた金属インクとなっている。ここで、本発明者等によれば、本発明における印刷性向上の要因としては、脂肪酸が本来有する塗布時の安定性確保に加えて、金属インクそのものにおいて金属粒子の経時的安定性が向上したことが作用していると考察している。
【００４４】
この金属インク中の金属粒子の経時的安定性について言及すると、従来の金属インクは、その製造時においては均一な粒度分布を有し、粗大な凝集粒子が生じることは少ない。これは、その製造方法（銀アミン錯体法）と主たる保護剤であるアミン化合物の作用による。つまり、生成した微細な銀粒子を保護剤であるアミンが速やかに保護して、凝集を抑制している。但し、本発明者等の検討によれば、そのような凝集粒子のない粒度分布が揃った金属インクも、時間経過により一部の金属粒子の凝集・粗大化が生じることがある。そして、粗大凝集粒子を含む金属インクを使用することで、印刷不良が生じることがある。
【００４５】
本発明に係る特定の脂肪酸を適用する金属インクにおいては、この脂肪酸の作用により、金属粒子の経時的安定性が向上し、粗大な凝集粒子の発生頻度が抑制されている。これは、従来よりも炭素数の多い脂肪酸を適量使用したことによる効果と考えている。
【００４６】
この金属インクの粒度分布に関する具体的な規準として、動的光散乱法に基づく粒度分布における、粒径５００ｎｍ以上の粗大凝集粒子の割合が体積分率で５％以下であることが好ましい。
【００４７】
ここで動的光散乱法（ＤＬＳ）とは、金属インクのような溶液中でブラウン運動をする粒子にレーザー光を照射したとき、当該粒径によって散乱光の光強度分布が異なることを利用した分析法であり、その解析により粒径分布を測定する方法である。本発明の対象となる金属インクは、ナノオーダーの微小な金属粒子が分散した液体・流体である。そのような液体・流体中の分散粒子の粒度分布測定にはＤＬＳの適用が好適である。そして、上述のとおり、ＤＬＳにより測定される粒径分布は、保護剤部分を含む金属粒子、及び、凝集状態の金属粒子の粒径分布である。尚、保護剤を含まない金属粒子そのものの粒径は、上記した電子顕微鏡により乾燥状態の金属粒子を観察することで測定される。
【００４８】
そして、本発明では、ＤＬＳによって測定される、粒径５００ｎｍ以上の粗大凝集粒子の体積分率を５％以下であるものが好ましい。粒径５００ｎｍ以上の粗大凝集粒子の体積分率が５％を超えると、基板への塗布時に印刷不良が生じる可能性が高くなるからである。尚、ＤＬＳによって本発明の金属インクの構成を規定する場合、金属インク中の分散粒子の平均粒径（ＤＬＳ平均粒径）は、５ｎｍ以上２００ｎｍ以下のものが好ましい。
【００４９】
（Ｖ）本発明に係る金属インクの電気的特性
以上説明した本発明に係る金属インクは、生成される電極・配線の電気抵抗上昇を抑制しつつ、印刷不良の発生を防止する。本発明では、スピンコート法により当該金属インク１００μＬを２０００ｒｐｍの回転数で１分間回転して塗布した後、１２０℃で焼成して生成する導電体の体積抵抗が、５μΩｃｍ以上２０μΩｃｍ以下となるようなものが好ましい。
【００５０】
（Ｖ）金属インクの製造方法
次に、本発明に係る金属インクの製造方法について説明する。本発明に係る金属インクの製造に関しては、上記の保護剤（アミン化合物、脂肪酸）を含む銀粒子を適宜の溶媒に分散させることで得ることができる。ここで、銀粒子の製造方法としては、銀アミン錯体を前駆体とする銀アミン錯体法を採用するのが好ましい。この銀粒子製造法では、シュウ酸銀等の熱分解性の銀化合物を出発原料とし、これに保護剤となるアミン化合物を反応させて銀アミン錯体を形成する。そして、この銀アミン錯体を前駆体として加熱して銀粒子を得る方法である。かかる銀アミン錯体法は、微細で粒径の揃った銀粒子の製造が可能である。
【００５１】
銀粒子の詳細な製造方法について説明すると、まず、出発原料となる銀化合物としては、シュウ酸銀、硝酸銀、酢酸銀、炭酸銀、酸化銀、亜硝酸銀、安息香酸銀、シアン酸銀、クエン酸銀、乳酸銀等が好ましい。これら銀化合物のうち、特に好ましいのは、シュウ酸銀（Ａｇ２Ｃ２Ｏ４）又は炭酸銀（Ａｇ２ＣＯ３）である。シュウ酸銀や炭酸銀は、還元剤がなくても比較的低温で分解して銀粒子を生成することができる。
【００５２】
尚、シュウ酸銀は、乾燥状態において爆発性があることから、水又は有機溶媒（アルコール、アルカン、アルケン、アルキン、ケトン、エーテル、エステル、カルボン酸、脂肪酸、芳香族、アミン、アミド、ニトリル等）を混合し、湿潤状態にして取り扱い性が確保されたものを利用するのが好ましい。また、炭酸銀に関しては、シュウ酸銀と異なり爆発の可能性は低いが、予め湿潤状態にすることで、保護剤であるアミン化合物、脂肪酸と混合しやすくなるので、水又は有機溶媒を混合することが好ましい。シュウ酸銀、炭酸銀を湿潤状態にするとき、銀化合物１００重量部に対して、５〜２００重量部の水又は有機溶媒を混合するのが好ましい。
【００５３】
銀粒子の前駆体となる銀−アミン錯体は、上記の銀化合物とアミン化合物とを混合・反応させて生成する。このアミン化合物が金属インクにおける保護剤としても作用する。よって、ここで使用するアミン化合物は、上記の炭素数４以上１２以下のアミン化合物が適用される。
【００５４】
そして、アミン化合物と共に保護剤Ｂである脂肪酸を添加する。本発明では、炭素数２２以上２６以下の脂肪酸を適用することを特徴としているので、ここで添加する脂肪酸もこれと同じものである。
【００５５】
銀化合物にアミン化合物と脂肪酸を添加するとき、その添加の順序は、アミン化合物が先、又は、アミン化合物と脂肪酸とを同時に添加することが好ましい。即ち、銀化合物にアミン化合物を混合して銀−アミン錯体が生成した後に脂肪酸を添加しても良いし、銀化合物にアミン化合物と脂肪酸を同時に添加して銀−アミン錯体を生成させても良い。また、アミン化合物を複数添加する場合、先に一部のアミン化合物を銀化合物と反応させた後に、残りのアミン化合物を添加しても良い。この場合、残りのアミン化合物を添加するときに脂肪酸を一緒に添加しても良い。
【００５６】
金属インクを製造するときの保護剤（アミン化合物及び脂肪酸）の混合量は、上記した金属インク中の好適量に対して２倍から１００倍の添加量とするのが好ましい。金属インク製造工程における保護材の添加量を、インク状態の好適な含有量よりも過剰とするのは、未反応の銀化合物を無くして十分な銀−アミン錯体を生成させると共に、銀−アミン錯体から銀粒子を生成させたときの保護剤量を好適範囲にするためである。このとき、過剰の保護剤が銀粒子に吸着しても、洗浄工程により適正な保護剤量に調整できる。
【００５７】
銀化合物とアミン化合物との反応により銀−アミン錯体が生成し、銀粒子製造のための反応系が形成される。その後、この反応系を加熱することで銀粒子は生成する。このときの加熱温度は、生成した銀−アミン錯体の分解温度以上とするのが好ましい。銀−アミン錯体の分解温度は、銀化合物に配位するアミンの種類によって相違するが、本発明で適用されるアミン化合物の銀錯体の場合、具体的な分解温度は、９０〜１３０℃となる。
【００５８】
この加熱工程を経て、保護剤が結合した銀粒子が析出する。この銀粒子は、反応液を固液分離して回収することができる。銀粒子を回収した後、適切に洗浄を行うことで金属インクの原料となる銀粒子とする。
【００５９】
生成した銀粒子の洗浄工程は、銀粒子に吸着する保護剤（アミン化合物、脂肪酸）の量を調整する作用もある。銀粒子の合成工程では、上記のとおり、銀粒子に対し過剰のアミン、脂肪酸を導入することがあり、その量は銀粒子の保護剤量として必ずしも適切であるとは限らない。そこで、洗浄工程により保護剤の量を適切に調整し、その後に製造される金属インク中の保護剤の含有量を好適なものにすることができる。
【００６０】
洗浄工程においては、洗浄液の種類と液量、及び、洗浄回数を適宜に設定することが好ましい。具体的には、洗浄液は、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール等のアルコール、オクタンを適用するのが好ましい。洗浄液量は、銀重量の１〜１０倍量が好ましい。そして、洗浄回数は２回から５回とするのが好ましい。液量又は洗浄回数が過剰となると、保護剤Ａであるアミン化合物を余分に除去する可能性が生じ、保護剤量の少ない金属インクが製造される可能性がある。また、液量又は洗浄回数に不足があると、洗浄が不十分となり、過剰な保護剤の金属インクが製造されることがある。尚、洗浄操作は、銀粒子と洗浄液とを混合し攪拌した後、濾過や遠心分離等で固液分離するのが好ましく、この操作を洗浄回数１回として複数回行うのが好ましい。
【００６１】
以上のようにして、製造され適宜に洗浄された銀粒子を溶媒に分散させることで、本発明係る金属インクを製造することができる。好ましい溶媒及び銀粒子の混合量は上記のとおりである。
【発明の効果】
【００６２】
本発明に係る金属インクは、保護剤として炭素数２２以上２６以下の脂肪酸を適用することで、印刷不良が抑制された金属インクとなっている。本発明に係る金属インクによれば、銀の電極・配線を比較的低温で形成することができ、高精細・高品質の金属配線を効率的に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】第１実施形態の金属インクのＤＬＳによる粒度分布測定結果を示す図。
【図２】比較例の金属インクのＤＬＳによる粒度分布測定結果を示す図。
【図３】第１実施形態及び比較例の金属インクにより形成した金属配線の外観を示す写真。
【発明を実施するための形態】
【００６４】
第１実施形態：以下、本発明の好適な実施形態について説明する。本実施形態では、脂肪酸としてエルカ酸（炭素数２２）を適用した金属インク（銀インク）を製造し、基板に印刷して銀配線を形成して印刷不良の有無を評価した。この印刷不良の評価において、従来の金属インクとの対比を行った。
【００６５】
［銀インクの製造］
本実施形態では、熱分解法により製造された銀粒子を溶媒に分散させ金属インクを製造した。銀粒子の製造では、出発原料であるシュウ酸銀１．５１９ｇ（銀：１．０７９ｇ）にメタノール０．６５１ｇを添加し湿らせた。そして、このシュウ酸銀に、保護剤となるアミン化合物と脂肪酸を添加した。具体的には、最初にＮ，Ｎ−ジメチル−１，３−ジアミノプロパン（０．７７８ｇ（７．６１ｍｍｏｌ））を加えて暫く混練した後、ヘキシルアミン（１．１５６ｇ（１１．４２ｍｍｏｌ））、ドデシルアミン（０．１７６ｇ（０．９５ｍｍｏｌ））、エルカ酸（０．０４４３ｇ（０．１３１ｍｍｏｌ））を加えて混練し、その後１１０℃で加熱攪拌した。この加熱攪拌中、クリーム色の銀錯体が徐々に褐色になりさらに黒色に変化した。この加熱・攪拌操作は、反応系からの気泡発生が出なくなるまで行った。
【００６６】
反応終了後、反応系を放冷し室温にした後、メタノール（２ｇ）を加えて十分に攪拌し、遠心分離（２０００ｒｐｍ、６０秒）を行った。上澄を除去して固液分離し、再びメタノール（２ｇ）を添加し撹拌後、遠心分離して上澄を除去した。最後に、もう一度メタノールを添加し同様の洗浄操作を行った。このように、溶剤による洗浄操作を３回数繰り返すことで過剰の保護剤を除去して銀粒子を精製した。
【００６７】
そして、製造した銀微粒子に、オクタンとブタノールとの混合溶媒（オクタン：ブタノール＝４：１（体積比））を添加し、銀インクを得た。以上の工程で製造した金属インクは、銀濃度が５０質量％である。
【００６８】
以上の工程を経て製造した銀インクについて、保護剤であるアミン化合物と脂肪酸の含有量を分析した。本実施形態では、この分析をＧＣ−ＭＳにて行った。ＧＣ−ＭＳ分析装置は、ＧＣ部分にアジレント・テクノロジー株式会社社製  ７８９０Ｂを、ＭＳ部分に四重極形質量分析計である日本電子株式会社製  ＪＭＳ−Ｑ１５００ＧＣを用いた。イオン化法としては光イオン化を用いた。また、ＧＣ試料導入部分にはフロンティア・ラボ株式会社製パイロラーザーを設置し使用した。分析に際しては、金属インクを体積で１２．５倍に希釈した後、５μＬを分析に供した。その他の測定条件は下記のとおりとした。
【００６９】
〈ＧＣ条件〉
カラム：ＵＡ-５３０Ｍ−０．２５Ｆ（フロンティア・ラボ社製）
カラム流量：１．０ｍｌ／ｍｉｎ．Ｈｅ
スプリット比：３０
オーブン温度設定：４０℃，６ｍｉｎ．→昇温（１０℃／ｍｉｎ．）→３６０℃，２ｍｉｎ．
注入口温度：２５０℃
〈ＭＳ条件〉
Ｑ−ｐｏｌｅ温度：７０℃
イオン源温度：２００℃
モード：Ｓｃａｎ（ｍ／ｚ＝１０〜３５０）
光イオン化エネルギー：１０．１８ｅＶ以上
【００７０】
以上のＧＣ−ＭＳによる定量分析の結果、アミン化合物の含有量（Ｎ，Ｎ−ジメチル−１，３−ジアミノプロパン、ヘキシルアミン、ドデシルアミンの合計量）は、銀質量基準で０．７３ｍｍｏｌ／ｇであり、脂肪酸（エルカ酸）の含有量は、銀質量基準で０．０２５ｍｍｏｌ／ｇであった。アミン化合物含有量と脂肪酸含有量との比は、２９．２となった。
【００７１】
比較例：従来の金属インクとして、オレイン酸（炭素数１８）を保護剤とする金属インクを用意した（アミン化合物は実施形態と同じ）。この金属インクの製造方法は、本実施形態の金属インクの製造工程とほぼ同じである。比較例では、湿潤状態のシュウ酸銀にＮ，Ｎ−ジメチル−１，３−ジアミノプロパンを添加し混練した後、ヘキシルアミン、ドデシルアミン、オレイン酸（０．０３７ｇ（０．１３１ｍｍｏｌ））を加えて混練した。シュウ酸銀及びアミン化合物の使用量は本実施形態と同じである。そして、オレイン酸添加後の操作も本実施形態と同様として、金属インクを製造した。
【００７２】
この比較例についても、第１実施形態と同様にアミン化合物と脂肪酸の含有量分析（ＧＣ−ＭＳ)を行った。その結果、アミン化合物の含有量（Ｎ，Ｎ−ジメチル−１，３−ジアミノプロパン、ヘキシルアミン、ドデシルアミンの合計量）は、銀質量基準で０．７１ｍｍｏｌ／ｇであり、脂肪酸（エルカ酸）の含有量は、銀質量基準で０．０２８ｍｍｏｌ／ｇであった。アミン化合物含有量と脂肪酸含有量との比は、２５．３５となった。
【００７３】
［金属インクの粒度分布の評価］
以上で製造した金属インクについて、ＤＬＳによる粒度分布を測定した。ＤＬＳによる粒度分布は、分析装置としてＣＯＲＤＯＵＡＮ社製ＶＡＳＣＯ２（レーザー波長：６５７ｎｍ）を用いた。粒度分布の算出に必要なオクタン―ブタノール混合溶媒の粘度は、実測値０．６３５ｃＰ、屈折率は文献値１．３９１として２５℃で測定した。測定後得られたデータを、装置に格納されたソフトウェアにより解析した。解析法としては、ＳＢＬを選択し、体積基準の粒度分布を作成した。この測定は、製造後１日経過した金属インクと製造後２０日経過した金属インクに対して行った。
【００７４】
本実施形態に係る金属インクのＤＬＳによる粒度分布の測定結果を図１に、比較例に係る金属インクのＤＬＳによる粒度分布の測定結果を図２に示す。これらのＤＬＳ粒度分布の図から、製造から１日経過した段階では本実施形態及び比較例のいずれにおいても金属粒子の過剰な凝集は見られなかった。しかし、製造から２０日経過することで、比較例のオレイン酸を保護剤とする金属インクには、粒径１０００ｎｍ近傍に粗大凝集粒子の存在を示すピークが観察された。そして、この比較例における粒径５００ｎｍ以上の粗大凝集粒子の体積分率は、７．４％であった。
【００７５】
一方、本実施形態のエルカ酸を保護剤とする金属インクには、比較例のような粗大凝集粒子の生成は確認されなかった。本実施形態の金属インクの場合、製造から２０日経過後であっても、粒度分布プロファイルで観察されるピークは１つのみであり、粗大凝集粒子のピークは確認されなかった。
【００７６】
［金属配線の製造試験］
次に、本実施形態、比較例の金属インクであって、実施製造２０日経過した金属インクを用いて金属配線を製造した。ここでは、上述の特許文献２記載の方法に基づき金属配線の形成を行って印刷不良の有無を検討した。
【００７７】
金属配線と形成する基板としてポリエチレンナフタレート（ＰＥＴ）からなる透明樹脂基板（寸法：１５０ｍｍ×１５０ｍｍ、厚さ１００μｍ）を用意した。本実施形態では、この基板の所定領域（長さ１２５ｍｍ×幅６ｍｍ）に格子状の金属配線を形成した。具体的には、配線幅（Ｌ）２μｍ、間隔（Ｓ）３００μｍ（Ｌ／Ｓ＝２μｍ／３００μｍ）の格子状の金属配線を形成することとした。
【００７８】
上記特許文献２記載の方法に従う金属配線形成方法に従い、基板に撥液性フッ素含有樹脂である非晶質性パーフルオロブテニルエーテル重合体（ＣＹＴＯＰ（登録商標）：旭硝子（株）製）をスピンコート法（回転数２０００ｒｐｍ、２０ｓｅｃ）で塗布した後、５０℃で１０分、続いて８０℃で１０分加熱し、更にオーブンにて１００℃で６０分加熱して焼成した。
【００７９】
次に、このフッ素樹脂層が形成された基板の表面に、格子状の配線パターン（線幅２．０μｍ）のフォトマスクを密着し（マスク−基板間距離０のコンタクト露光）、ここに紫外線（ＶＵＶ光）を照射した。ＶＵＶ光は、波長１７２ｎｍ、１１ｍＷ／ｃｍ−２で２０秒照射した。
【００８０】
以上のようにしてフッ素樹脂層表面を露光処理して官能基を形成した基板に、金属インクを塗布した。塗布は、基板にインク１μＬを３滴均等に配置し、ブレード（アプリケーター）により液滴を一方向に掃引して行った。ここでは、掃引速度を２ｍｍ／ｓｅｃとした。このブレードによる塗布により、基板の紫外線照射部（官能基形成部）のみにインクが付着しているのが確認された。そして、基板を１２０℃で熱風乾燥させて銀配線（Ｌ／Ｓ＝２μｍ／３００μｍ）を形成した。
【００８１】
以上のようにして形成した銀配線を光学顕微鏡及び電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察し、配線のカスレや外観不良等の印刷不良の有無を検討した。本実施形態の金属インクにより形成した金属配線においては、印刷不良は見られず、全体的に鮮明な状態であった（図３（ａ））。一方、比較例のオレイン酸を保護剤とするインクでは、図３（ｂ）のように、配線にカスレ、液ダマが生じた箇所があった。
【００８２】
以上のように、炭素数１８のオレイン酸を保護剤とする金属インクを使用した比較例では印刷不良が見られた。実施例と比較例とを対比したとき、それらの相違点は、脂肪酸の炭素数のみであり、保護剤Ａであるアミン化合物は同じである。また、保護剤の量についてみると、アミン化合物及び脂肪酸の含有量は、実施例と比較例でさほどの差はない。比較例は、その保護剤含有量について、実施例で適用された好適値を適用しても印刷不良が発生した。
【００８３】
第２実施形態：ここでは、保護剤となる脂肪酸の種類を変更して金属インクを製造した。また、原料となる銀化合物として、シュウ酸銀の他炭酸銀を使用した金属インクも製造した。そして、製造した金属インクについて、印刷不良の発生に関連すると考えられる安定性の評価を行った。
【００８４】
本実施形態において、シュウ酸銀を使用した金属インクの製造工程は、第１実施形態と略同じである。即ち、湿潤状態のシュウ酸銀にＮ，Ｎ−ジメチル−１，３−ジアミノプロパンを添加し混練した後、ヘキシルアミン、ドデシルアミンと共に各種脂肪酸を０．１３１ｍｍｏｌ加えて混練した。シュウ酸銀、アミン化合物の使用量は本実施形態と同じである。また、脂肪酸添加後の操作も本実施形態と同様として、金属インクを製造した。
【００８５】
また、炭酸銀を原料とする金属インクの製造工程は、以下のようにした。炭酸銀１．３７９ｇ（銀：１．０７９ｇ）にメタノール０．６５１ｇを添加し湿らせた。そして、この炭酸銀に、オクチルアミン（０．４７８ｇ（３．７０５ｍｍｏｌ））、ヘキシルアミン（１．１５６ｇ（１１．４２ｍｍｏｌ））、ドデシルアミン（０．１７６ｇ（０．９５ｍｍｏｌ））と共に各種脂肪酸０．１３１ｍｍｏｌを加えて混練した。そして、この銀−アミン錯体を１１０℃で加熱攪拌した。反応終了後は第１実施形態と同様にして銀微粒子を洗浄・回収した。そして、銀微粒子に、溶媒（オクタン：ブタノール＝４：１（体積比））を添加して銀インク（銀濃度５０質量％）を製造した。
【００８６】
本実施形態で製造した金属インクについて、第１実施形態と同様にしてＧＣ−ＭＳで保護剤の含有量を測定した。そして、製造から２０日経過後、第１実施形態と同様の測定条件にてＤＬＳ法による粒度分布測定を行った。
【００８７】
本実施形態におけるＤＬＳによる粒度分布測定では、各金属インクについて、インク中に分散する全ての粒子に基づく平均粒径（ＤＬＳ平均粒径）を算出した。そして、粒径５００ｎｍ以上の凝集粒子の体積分率を測定した。このとき、粒径５００ｎｍ以上の粗大凝集粒子の体積分率が５％以下であれば「合格（○）」と判定した。
【００８８】
（Ａ）印刷性の評価
次に、第１実施形態と同じ基板を用意して金属配線を形成し、金属インクの印刷性を評価した。第１実施形態と同様の方法で、長さ１２５ｍｍ×幅６ｍｍの領域に金属配線（Ｌ／Ｓ＝２μｍ／３００μｍの格子状金属配線）を形成した。そして、形成した金属配線について、最初に、外観観察による印刷性の評価を行った。ここでは、金属配線の全体を観察して、一部にでもカスレ、液ダマ等の印刷不良があった場合を不合格「×」と判定し、不良が全くないときを合格「○」と判定した。
【００８９】
次に、金属配線の導通を測定して、外観のみから判断できない配線の健全性を確認した。この試験では、金属配線を形成した領域（長さ１２５ｍｍ×幅６ｍｍの領域）内で、パターンの形状上導通が生じる任意の金属配線２箇所にデジタルテスターの端子を接触して電気抵抗値を測定し導通の有無を確認した。この測定を１０セット行い、全てで導通が確認されたときを「○」とし、８箇所以上で導通が確認されたときを「△」とし、それら以外を「×」として評価した。
【００９０】
そして、上記の外観テストの結果と導通テストの結果とを総合して印刷性を判断した。この総合評価では、外観・導通いずれも「○」であったものを優良品「◎」とした、一方、導通テストで「△」があった場合、総合評価は良品「○」とした。外観テスト又は導通テストのいずれかで「×」となった場合には、総合評価を不良「×」とした。
【００９１】
（Ｂ）電気的特性の評価
更に、本実施形態では、各金属インクから導電体を形成し、その電気的特性（電気抵抗）を測定した。上記印刷性の導通テストに加えて、このように導電体を製造して評価をするのは、金属インクの適用範囲を考慮したからである。即ち、本実施形態で上記のようにして製造した金属配線は、比較的配線幅の狭い（２μｍ）配線である。ここで、金属配線には、配線幅・配線ピッチの狭小化に対する要求の他に、複数回の金属インク塗布による立体的構造の達成が要求されること等がある。そのような多様な要求に対応するためには、金属インクそのものについての電気的特性の傾向を把握することが好ましいといえる。そこで、本実施形態では、パターン形成がなされていないＰＥＴ基板に一定量の金属インクを塗布して導電体を形成し、その電気特性から金属配線の前駆体としての適性を評価した。
【００９２】
この評価試験では、ＰＥＴ基板に金属インク１００μLをスピンコート（２０００ｒｐｍ）し、これを空気中１２０℃で３０分焼成して寸法×２５×２５ｍｍの導電体を形成した。この導電体の体積抵抗（μΩｍ）を抵抗率計（ロレスタ−ＧＰ  ＭＣＰ−Ｔ６１０  三菱ケミカルアナリティック社製）を用いて測定した。そして、体積抵抗値２０μΩｍ以下を合格「○」と判定した。
【００９３】
本実施形態で製造した各金属インクについての粒度分布の測定結果と、金属配線を形成したときの評価結果、及び、電気的特性の評価結果を表１に示す。
【００９４】
【表１】
2019033006.tif 000003
【００９５】
表１より、脂肪酸の炭素数を２２以上（Ｎｏ．４〜Ｎｏ．８）とすることで、印刷不良のない金属配線を形成することができることがわかる。また、これら金属インクから製造される導電体は、抵抗値の上昇も許容範囲内であった。一方、炭素数１８、２０の脂肪酸を適用したとき（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３）、抵抗値の低い導電体形成には寄与できるが、印刷性に劣ることが確認された。脂肪酸の炭素数が低い金属インクは、印刷性が劣ることは第１実施形態（オレイン酸）で既に確認されたが、炭素数２０のエイコサン酸でも同様であることが本実施形態から確認された。
【００９６】
一方、炭素数２６を超える高炭素数の脂肪酸（炭素数２８：オクタコサン酸、炭素数３０：トリアコンタン酸）を用いたインクは製造後、翌日〜数日で寒天状の固形物となり、本実施形態でインクとして印刷に使用する際には塗布が困難な状態に変化した。以上の検討結果から、脂肪酸の炭素数は２２以上２６以下とすべきことが分かった。
【００９７】
また、金属インク中の銀粒子の凝集と印刷性との関係についてみると、炭素数が２０以下の脂肪酸を適用したとき（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３）、粒径５００ｎｍ以上の粗大凝集粒子の体積分率が５％を超えており、凝集判定が不合格であった。これら低炭素数の脂肪酸を適用した金属インクでは、印刷性が劣ることが確認されていることから、粗大凝集粒子の存在との関連性が推定される。
【００９８】
尚、銀粒子の出発原料となるシュウ酸銀、炭酸銀について、その種類の相違による結果に差異はなく、いずれの原料も使用可能であることが確認された。
【００９９】
第３実施形態：ここでは、脂肪酸をエルカ酸（炭素数２２）としつつ、その含有量が異なる金属インクを複数製造した。そして、第２実施形態と同様の試験・評価を行った。
【０１００】
第１実施形態と同様に、出発原料としてシュウ酸銀又は炭酸銀を用い、金属インクを製造した。この製造工程は、第１実施形態と同様、原料の種類に応じたタイミングでエルカ酸を添加した。このとき、エルカ酸の添加量について、第２実施形態の添加量（０．１３１ｍｍｏｌ）を基準として、その１／３量（０．０４３６ｍｍｏｌ）、１／２量（０．０６５５ｍｍｏｌ）、１倍量（０．１３１ｍｍｏｌ）２倍量（０．２６２ｍｍｏｌ）、３倍量（０．３９３ｍｍｏｌ）のエルカ酸を添加した。
【０１０１】
また、アミン化合物についても第１実施形態と同じく、シュウ酸銀を原料とするとき、Ｎ，Ｎ−ジメチル−１，３−ジアミノプロパンとヘキシルアミンとドデシルアミンを適用し、炭酸銀を原料とするときには、オクチルアミンとヘキシルアミンとドデシルアミンを適用した。アミン化合物も第１実施形態と同様のタイミングで添加した。そしてその添加量を、第１実施形態の添加量（合計で１９．９８ｍｍｏｌ又は１６．０７５ｍｍｏｌ）を基準として、その１／５倍量、１／３倍量、１倍量、３倍量、４倍量とした。尚、各アミン化合物の比率に関しては、第１実施形態と共通とした。
【０１０２】
各保護剤添加後は、第１実施形態と同じ工程で金属インクを製造した。そして、粒度分布、印刷性評価と抵抗値測定を行った。この結果を表２に示す。
【０１０３】
【表２】
2019033006.tif 000004
【０１０４】
表２から、銀に対して質量基準で０．０６ｍｍｍｏｌ／ｇを超えるエルカ酸を含む金属インク（Ｎｏ．１５）は、導電体を製造したときに抵抗値が急激に上昇している。この金属インクによる導電体は、エルカ酸含有量が０．０６ｍｍｍｏｌ／ｇより僅かに少ないＮｏ．１４の金属インクによる導電体に対して、抵抗値が倍以上となっている。これまでの検討から、エルカ酸の適用は、金属インクの凝集を抑制して印刷性を確保することが確認されている。この検討結果から、導電体形成時Ａｇ粒子が焼結する際には、焼結を阻害しない程度の適量に調節することが好ましいといえる。
【０１０５】
また、第２実施形態に対して、エルカ酸の添加量を１／３にした金属インク（Ｎｏ．１１）についてみると、この金属インク中では印刷性に劣ることが確認された。エルカ酸は、従来技術に対して分子量の大きい長鎖の脂肪酸であり、本来は保護剤としての効果は十分に発揮し得る化合物である。しかし、その混合量が少ないと、金属インクの状態での保護作用が不十分となることが確認された。この金属インクの場合、粗大凝集粒子の発生が認められており、粒径５００ｎｍ以上の凝集粒子を体積分率で５％超含んでいた。
【０１０６】
保護剤であるアミン化合物の含有量と脂肪酸の含有量との比（アミン化合物／脂肪酸）についてみると、５．０を僅かに超えて６．２となる金属インク（Ｎｏ．１６)は印刷性が優良であり、電気特性も良好となった。これに対して、５．０未満となる金属インク（Ｎｏ．１７)は、電気特性は良好であるが、印刷性について局所的に導通が取れない箇所が見られた。この点、本実施形態の配線パターンは、比較的細い配線（配線幅２μｍ）であり、銀粒子と基板との結合不足（焼結不足）が僅かに生じても導通不良が生じる厳しい条件である。Ｎｏ．１７の金属インクに関しては、導電体としたときの電気特性が良好であることを考えると、条件によっては良好な金属配線の前駆体として使用できると考えられる。但し、極細で狭ピッチの高精細な金属配線の形成を考慮したとき、アミン化合物の含有量と脂肪酸の含有量との比は、５．０以上にすることがより好ましいと考察される。
【産業上の利用可能性】
【０１０７】
以上説明したように、本発明に係る金属インクは、保護剤である脂肪酸に関する構成を追求することで、印刷性の問題と形成される導電体の抵抗値の問題との関係を最適な状態とする。本発明は、各種電子デバイスの回路基板や、タッチパネル等の透明基板への電極・配線形成に有用であり、これらの基板に高精細・高品質の金属配線を効率的に形成することができる。
【図１】
2019033006.tif 000005
【図２】
2019033006.tif 000006
【図３】
2019033006.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成30年11月16日(2018.11.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
銀からなる金属粒子と、アミン化合物からなる保護剤Ａ、及び、脂肪酸からなる保護剤Ｂを含んでなる金属インクであって、
前記保護剤Ａは、炭素数４以上１２以下のアミン化合物の少なくとも１種からなり、前記保護剤Ｂは、炭素数２２以上２６以下の脂肪酸の少なくとも１種からなり、
前記保護剤Ａである炭素数４以上１２以下のアミン化合物の含有量は、銀粒子の質量基準で０．２ｍｍｏｌ／ｇ以上１．５ｍｍｏｌ／ｇ以下であり、
前記保護剤Ｂである炭素数２２以上２６以下の脂肪酸の含有量は、銀粒子の質量基準で０．０１ｍｍｏｌ／ｇ以上０．０６ｍｍｏｌ／ｇ以下である金属インク。
【請求項２】
アミン化合物の含有量と脂肪酸の含有量との比が、５．０以上１２０．０以下である請求項１記載の金属インク。
【請求項３】
動的光散乱法に基づく粒度分布における、粒径５００ｎｍ以上の粗大凝集粒子の割合が体積分率で５％以下である請求項１又は請求項２記載の金属インク。
【請求項４】
銀粒子の平均粒径は、５ｎｍ以上１００ｎｍ以下である請求項１〜請求項３のいずれかに記載の金属インク。
【請求項５】
銀粒子の含有量は、金属インク全体の質量に対して２０質量％以上７０質量％以下である請求項１〜請求項４のいずれかに記載の金属インク。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれかに記載の金属インクであって、
スピンコート法により、前記金属インク１００μＬを２０００ｒｐｍの回転数で１分間回転して塗布した後、１２０℃で３０分以上焼成したときに形成される導電体の体積抵抗が５μΩｃｍ以上２０μΩｃｍ以下となることを特徴とする金属インク。