(57)【要約】【課題】固体微粒子の表面改質などを行うことなく固体微粒子の分散性を高める。【解決手段】本発明の一態様である固体微粒子分散体は、分散媒と、酸点と塩基点とが表面に混在する固体微粒子と、酸性吸着基又は塩基性吸着基のいずれか一方のみを有する第１分散剤と、酸性吸着基と塩基性吸着基との両方を有する第２分散剤と、を含有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
分散媒と、
酸点と塩基点とが表面に混在する固体微粒子と、
酸性吸着基又は塩基性吸着基のいずれか一方のみを有する第１分散剤と、
前記酸性吸着基と前記塩基性吸着基との両方を有する第２分散剤と、
を含有することを特徴とする固体微粒子分散体。
【請求項２】
前記固体微粒子は、金属単体粒子、金属合金粒子及びセラミック粒子のうちの１種以上の粒子からなること特徴とする請求項１に記載の固体微粒子分散体。
【請求項３】
前記固体微粒子は、金属単体粒子及び／又は非錯体化合物粒子で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の固体微粒子分散体。
【請求項４】
インクジェット用インクであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の固体微粒子分散体。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の固体微粒子分散体を用いてパターン状に形成された固体微粒子焼結膜を基材上に備えたことを特徴とするデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体微粒子分散体及びデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）などの金属単体粒子や金属酸化物粒子などの固体微粒子を、溶媒中に分散させることにより、インクジェット印刷などで基材上に配線や電極の形成を可能とした導電性インクが提案されている（例えば特許文献１、２参照）。この種の導電性インクは、印刷形成される導体について所望の導電性を確保するために、固体微粒子を溶媒中に安定的に分散させることが求められる。
【０００３】
そこで、従来の導電性インクは、酸点又は塩基点のいずれか一方に表面の物性を統一させた固体微粒子が得られるように、例えば固体微粒子の表面改質などを行い、さらに酸点又は塩基点の一方に対応した吸着基を持つ分散剤を添加することで、固体微粒子の分散性の改善を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００８−５１３５６５号公報
【特許文献２】特開２０１２−２１６４２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、酸点と塩基点とが表面に混在する固体微粒子は、酸点又は塩基点の一方に対応した吸着基を持つ分散剤を溶媒中に添加した場合、粒子表面には分散剤が吸着されない領域が存在することになる。この際、固体微粒子同士は、分散剤による分散効果が十分に得られず凝集するおそれがある。
塩基点に吸着する酸性吸着基を有する分散剤を用いて例示すると、固体微粒子表面の塩基点に対して分散剤は選択的に吸着するが、酸点に対しては通常吸着しない。このとき、粒子表面に分散剤が吸着されない領域が存在するため、当該領域において固体粒子間の分子間力が働き、その結果、固体微粒子同士が凝集するおそれがある。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、酸点と塩基点とが表面に混在する固体微粒子の表面改質などを行うことなく固体微粒子の分散性を高めることができる固体微粒子分散体及びデバイスの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様である固体微粒子分散体は、分散媒と、酸点と塩基点とが表面に混在する固体微粒子と、酸性吸着基又は塩基性吸着基のいずれか一方のみを有する第１分散剤と、前記酸性吸着基と前記塩基性吸着基との両方を有する第２分散剤と、を含有することを特徴とする。
【０００８】
この固体微粒子分散体は、固体微粒子表面の酸点と塩基点とのそれぞれに対して、吸着可能な第２分散剤が固体微粒子表面に吸着されることになる。塩基点に吸着する酸性吸着基を有する第１分散剤を用いて例示すると、固体微粒子表面の塩基点に対して第１分散剤は選択的に吸着し、かつ、酸点に吸着した第２分散剤の塩基性吸着基に対しても第１分散剤は吸着し得る。つまり、第１分散剤が吸着されない領域に対しても、第２分散剤が介在することで吸着可能となる。これにより、固体微粒子表面に対して全体的に第１分散剤を吸着させることが可能となり、第１分散剤の立体障害による分散作用を有効に機能させて固体微粒子を分散させることができる。また、第２分散剤によって粒子表面上の分散剤が吸着されない領域が減少するに伴い、固体微粒子間の分子間力が弱まることによっても分散性を高めることができる。したがって、この固体微粒子分散体によれば、別途、固体微粒子の表面改質などを行うことなく、分散媒中における固体微粒子の分散性を向上させることができる。
【０００９】
ここで、上記した固体微粒子分散体に含まれる固体微粒子は、金属単体粒子、金属合金粒子及びセラミックス粒子のうちから選ばれた１種以上の粒子からなる。また、固体微粒子は、金属単体粒子及び／又は非錯体化合物粒子で構成されている。言い換えれば、本発明で適用する固体微粒子は、顔料インクなどに用いられる錯体化合物粒子を含まないものである。
【００１０】
また、このような固体微粒子分散体は、スラリー（懸濁液）状のもの、液状のもの、ペースト状のものなど、様々な状態のものを含む。例えばこの固体微粒子分散体は、インクジェット用インクとして適用することなどが可能である。
【００１１】
また、第１分散剤は、第２分散剤よりも分子量が大きいため、立体障害による分散作用を固体微粒子に付与することができる。
【００１２】
さらに、本発明の一態様であるデバイスは、前述した固体微粒子分散体を用いてパターン状に形成された固体微粒子焼結膜を基材上に備えたことを特徴とする。このデバイスによれば、例えば固体微粒子が導電性を有し固体微粒子焼結膜が導体パターンなどとして構成されている場合、上記したように固体微粒子の分散性が高いことから、導体パターンから良好な導通性能が得られ、これにより電気的な接続信頼性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、固体微粒子の表面改質などを行うことなく固体微粒子の分散性を高めることが可能な固体微粒子分散体及びデバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る固体微粒子分散体の構成を模式的に示す図。
【図２】比較例１の固体微粒子分散体の構成を模式的に示す図。
【図３】比較例２の固体微粒子分散体の構成を模式的に示す図。
【図４】比較例１、２とは異なる他の固体微粒子分散体の構成を模式的に示す図。
【図５】本発明の実施形態に係るデバイスを示す断面図。
【図６】固体微粒子の分散性を評価するための沈降試験の方法を示す図。
【図７】図６の方法による沈降試験の結果を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１に示すように、本実施形態に係る固体微粒子分散体１０は、分散媒、固体微粒子７、第１分散剤３、第２分散剤５、バインダなどを主に含有する。分散媒は、水系分散媒であってもよいし、また、非水系分散媒であってもよく、例えば有機溶媒（有機溶剤）などを例示することができる。バインダとしては、分散媒中に溶ける例えば高分子の固体粉末材料などが挙げられる。
【００１６】
固体微粒子７は、顔料インクなどに用いられる錯体化合物を含まない粒子であり、金属単体粒子、金属合金粒子及びセラミックス粒子のうちの１種以上の粒子から構成されている。この固体微粒子７としては、例えば、白金（Ｐｔ）粒子やニッケル（Ｎｉ）粒子などの金属単体粒子や、酸化ジルコニウム（ジルコニア／ＺｒＯ2）粒子などのセラミックス粒子を挙げることができる。
【００１７】
このような固体微粒子分散体１０は、インクジェット方式で印刷を行うインクジェット用インクとして適用することができ、例えば導体パターンを基板上にパターン印刷することなどを可能とする。
【００１８】
ここで、固体微粒子７、第１分散剤３及び第２分散剤５の構成について詳述する。図１に示すように、固体微粒子７は、特に表面改質などの処理を施しておらず、粒子表面に酸点７ａと塩基点７ｂとが混在する表面物性を有している。
【００１９】
図１に示すように、第１分散剤３は、いわゆる立体障害を生じさせる相溶性基３ｂを備えている。さらに、この第１分散剤３は、酸性吸着基又は塩基性吸着基のいずれか一方のみを有している。図１の例では、第１分散剤３は、酸性吸着基３ａを備えている。第２分散剤５は、図１に示すように、相溶性基５ｃを備えている。さらに、この第２分散剤５は、両性分散剤であって、酸性吸着基５ａと塩基性吸着基５ｂとの両方を有している。
【００２０】
したがって、本実施形態の固体微粒子分散体１０は、固体微粒子７の表面の酸点７ａと塩基点７ｂとのそれぞれに対して、第１分散剤３及び第２分散剤５のうちの少なくとも一方が吸着されることになる。具体的には、図１に示すように、固体微粒子７の表面の酸点７ａには、第２分散剤５の塩基性吸着基５ｂが吸着される。一方、固体微粒子７の表面の塩基点７ｂには、第１分散剤３の酸性吸着基３ａと第２分散剤５の酸性吸着基５ａとがそれぞれ吸着される。さらには、第２分散剤５の塩基性吸着基５ｂに対し、第１分散剤３の酸性吸着基３ａが吸着される。
【００２１】
これにより、固体微粒子分散体１０は、固体微粒子７の表面に対して全体的に第１分散剤を吸着させることが可能となり、第１分散剤３の立体障害による分散作用を有効に機能させて固体微粒子７を分散させることができる。また、第２分散剤５によって粒子表面上の分散剤が吸着されない領域が減少するに伴い、固体微粒子７間の分子間力が弱まることによっても分散性を高めることができる。つまり、固体微粒子分散体１０は、粒子表面の露出が極力抑えられて表面全体が分散剤で覆われるため、固体微粒子７同士の凝集を抑制することができる。
【００２２】
これに対して、図２に示すように、例えば第１分散剤３だけを含有させた比較例１の固体微粒子分散体２０は、固体微粒子７の表面の酸点７ａには、分散剤が吸着されないため、酸点７ａにおいて固体微粒子７間の分子間力が働き、その結果、固体微粒子７同士の凝集が懸念される。また、図３に示すように、例えば第２分散剤５（両性分散剤）だけを含有させた比較例２の固体微粒子分散体３０は、固体微粒子７の表面の酸点７ａ及び塩基点７ｂのそれぞれに分散剤が吸着されるものの、一般に分子量が比較的小さい両性分散剤だけでは、所望する立体障害効果を得ることが難しく、結果的に固体微粒子同士の凝集が生じるおそれがある。
【００２３】
なお、図４に示すように、表面改質などによって固体微粒子４７の表面を塩基点４７ｂに統一し、さらに第１分散剤３だけを含有させた他の例の固体微粒子分散体４０は、固体微粒子４７の表面全体に分散剤が吸着されて固体微粒子同士の凝集を抑制できるものの、表面改質などの処理が必要になることから材料コストの増大を招く結果となる。
【００２４】
これに対して、本実施形態の固体微粒子分散体１０によれば、固体微粒子７の表面改質などを行うことなく、前述したように、分散媒中における固体微粒子７の分散性を向上させることができる。
【００２５】
次に、図５に基づき本実施形態に係るデバイス５０について説明する。図５に示すように、デバイス５０は、既述した固体微粒子分散体１０を用いてパターン形成された固体微粒子焼結膜としての導体パターン５４、５５を、基板（基材）５２上に備えている。
【００２６】
デバイス５０の一例としては、配線基板上に半導体素子を電子部品として搭載した半導体デバイスなどを例示できる。この半導体デバイスとしては、例えば、フリップチップパッケージ、チップスケールパッケージ、マルチチップパッケージ、アンテナスイッチモジュール、ミキサーモジュール、ＰＬＬモジュール、マルチチップモジュールなどを挙げることができる。
【００２７】
図５に示すように、デバイス５０の製法としては、例えばセラミックス製の基板５２上に、まず、厚さ０．５μｍ程度の導体パターン５４を、上記した固体微粒子分散体を用いて例えばインクジェット印刷により形成する。次に、導電パターン５４の表面に、触媒成分を付着させた後、無電解銅めっきを施し、めっき処理された導体パターン５４上に例えば厚さ２５μｍの導電パターン５５を、上記固体微粒子分散体を用いてインクジェット印刷などによりパターン形成する。
【００２８】
この後、焼成処理を行う。ここで、固体微粒子として白金粒子と共に固体微粒子分散体中に含有させている酸化ジルコニウム粒子は、焼成時における白金粒子同士の凝集を抑制するためや、導電パターン５４、５５の焼成時の収縮率を上記した例えばセラミックス製の基板５２の収縮率に近付けるために含有されている。
【００２９】
続いて、固体微粒子焼結膜となった導体パターン５４、５５を備える基板５２上に、半導体素子などの電子部品を搭載し、導体パターン５４、５５と電気的に接続する。さらにこの後、パッケージングなどを行うことによって、デバイス５０を作製する。
【００３０】
このようにして作製されたデバイス５０は、導体パターン５４、５５の材料として用いた固体微粒子分散体１０中における固体微粒子７の分散性が高められている。したがって、デバイス５０によれば、導体パターン５４、５５から優れた導通性能が得られ、これによって電気的な接続信頼性を確保することができる。
【００３１】
以上、本発明を実施の形態により具体的に説明したが、本発明は、この実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば上述した実施形態では、固体微粒子分散体をインクジェット方式でパターン印刷する場合について例示したが、これに代えて、ディスペンサ方式でパターン形成する場合においても当該固体微粒子分散体を適用してもよい。
【００３２】
［実施例］
次に、本発明の実施例を、前述した図１〜図３に加え、図６、図７に基づき説明する。ここで、図６は、固体微粒子分散体中の固体微粒子の分散性を評価するための沈降試験の方法を示すものである。具体的には、図６に示すように、評価対象の固体微粒子分散体を栓付きのメスシリンダーに投入し、初期（０ｈｒ）の時点からの時間の計測を開始する。時間が経過すると、固形分が沈降して上澄みが透明になるので、ｘ時間（ｘｈｒ）後において、メスシリンダー中の固体微粒子分散体の最底面から上澄みを含む最上面までの高さを確認して固体微粒子分散体の総量Ａを求める。さらに、この時点において、沈降した固形分の上面（上澄みの底面）から上澄みの上面までの高さを確認して上澄み量Ｂを求める。
【００３３】
このようにして、ｘ時間後の総量Ａに対する上澄み量Ｂの占める割合（Ｂ／Ａ）を検出することで、固体微粒子分散体中の固形分（固体微粒子）の分散性を定量的に求めることが可能となる。つまり、固体微粒子分散体中において、固体微粒子の分散性が低い場合、上澄み量Ｂの占める割合は多くなり、一方、固体微粒子の分散性が高い場合、上澄み量Ｂの占める割合は少なくなる。
【００３４】
そこで、本実施例では、総量Ａに対する上澄み量Ｂの占める割合が、例えば３０％未満のものを良品（ＯＫ品）として判定し、３０％以上のものを不良品（ＮＧ品）として判定した。なお、メスシリンダーの底に沈殿物を目視で確認できる固体微粒子分散体は、不良品（ＮＧ品）として判定した。
【００３５】
また、図７は、図１に示した実施例としての固体微粒子分散体１０と、図２に示した比較例１の固体微粒子分散体２０と、図３に示した比較例２の固体微粒子分散体３０と、を評価の対象として、図６の方法による沈降試験の結果を表したものである。ここで、実施例の固体微粒子分散体１０の成分は、固体微粒子分散体１０の全質量に対して、例えば、白金粒子を２８質量％、酸化ジルコニウム粒子を４質量％（固体微粒子分散体中の白金粒子の質量に対して例えば１４％）、第１分散剤３を０．５質量％、第２分散剤５を０．５質量％、バインダを１質量％、非水系分散媒を６６質量％とした。
【００３６】
一方、比較例１の固体微粒子分散体２０の成分は、実施例の固体微粒子分散体１０の成分に対して、第１分散剤３及び第２分散剤５の添加量を変更したものであって、具体的には、第１分散剤３を０．５質量％から１質量％に増加させ、かつ第２分散剤５を０．５質量％から０質量％に変更した（第２分散剤５を添加しなかった）。さらに、比較例２の固体微粒子分散体３０の成分は、実施例の固体微粒子分散体１０の成分に対して、第２分散剤５及び第１分散剤３の添加量を変更したものであって、具体的には、第２分散剤５を０．５質量％から１質量％に増加させ、かつ第１分散剤３を０．５質量％から０質量％に変更した（第１分散剤３を添加しなかった）。
【００３７】
沈降試験の結果、図７に示すように、第１分散剤３及び第２分散剤５の両方を含有させた実施例の固体微粒子分散体１０は、良品（ＯＫ品）となり、一方、第１分散剤３だけを含有させた比較例１の固体微粒子分散体２０と第２分散剤５だけを含有させた比較例２の固体微粒子分散体３０は、ともに不良品（ＮＧ品）となった。これにより、酸点７ａと塩基点７ｂとが表面に混在する固体微粒子７の分散性は、分散媒中に第１分散剤３と第２分散剤（両性分散剤）５との両方を添加することによって、向上することが明らかとなった。
【符号の説明】
【００３８】
３…第１分散剤、３ａ，５ａ…酸性吸着基、３ｂ，５ｃ…相溶性基、５…第２分散剤、５ｂ…塩基性吸着基、１０…固体微粒子分散体、７…固体微粒子、７ａ…酸点、７ｂ…塩基点、５０…デバイス、５２…基板、５４，５５…導体パターン。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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